基于聚酰胺树脂/聚乙二醇的超级电容器电极材料的制备及其性能表征
发布时间：2021-12-16 14:45
以聚酰胺树脂为炭化聚合物,聚乙二醇为热分解聚合物,通过聚合物共混法制备了具有典型中孔结构的活性炭材料。通过改变聚酰胺树脂和聚乙二醇之间的质量配比,研究了聚乙二醇的含量对材料活性炭结构的影响,并对其形貌、孔结构及电化学性能表征。结果表明:由于较高的比表面积（622.2 m2/g）以及较大的孔径（3.484 nm）,质量配比2:1得到的活性炭材料显示出最高的比电容（281.54 F/g）。表明通过调控聚酰胺树脂和聚乙二醇之间的质量配比,可以有效改善相应活性炭的孔结构以及电极材料的电化学性能。
【文章来源】：塑料科技. 2020,48(07)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
聚酰胺树脂/聚乙二醇不同质量配比下活性炭SEM照片
图2为活性炭的氮气吸脱附等温线及孔径分布图，由图2可知，按照国际纯化学和应用化学学会对吸附等温线的分类，三组样品均属于IV型[15]。相比于质量配比3:1得到的活性炭，其余两组样品的吸脱附等温线中迟滞环较宽，说明样品中以中孔为主且孔径分布较宽，这可能是由于3:1的质量配比中，聚乙二醇含量不足，产生的孔数量较少且孔径较小。三组活性炭样品的具体孔结构数据如表1所示，从表1可以看出，相比于3:1的质量配比，其余两组活性炭样品在平均孔径Da、中孔孔容Vmeso、总孔容Vtol和中孔孔容比Vmeso/Vtol上均有不同程度升高，表明较高的热分解聚合物聚乙二醇含量有利于中孔的形成；而1:1质量配比得到的活性炭的比表面积SBET(328.4 m2/g）要低于2:1质量配比组（622.2 m2/g），这表明当热分解聚合物含量过高时，尽管活性炭的孔径变大，但由于热分解聚合物在炭化聚合物内部的过渡分解，相应的比表面积SBET要更低。2.3 活性炭电极电化学性能
图3为不同质量配比的活性炭电极在不同扫描速率下的循环伏安曲线，由图3可以看出，在-1.0～0.0 V的电位窗口范围内，所有样品均没有出现明显的氧化还原峰,且具有较好的矩形特征，这表明所测试电极在该测试条件下具有典型的双电层电容特性[16]。且以不同的扫描速率进行扫描时，发现循环伏安曲线基本保持不变形，说明所测试的活性炭电极具有较好的功率特性。图4和表2为不同质量配比的活性炭电极在不同电流密度下的比电容，当扫描速度从10 mV/s增加到50 mV/s时，质量配比为3:1、2:1和1:1的活性炭电极比电容衰减量分别约为33、40和18 F/g，相应的比容量保持率分别为87%、86%和92%，较大的比容量保持率表明了这3种活性炭都有较好的大电流性能,这与之前的伏安循环测试结果相同，同时也说明所制备的活性炭适合用作超级电容器电极材料。此外，与煤基活性炭相比[17]，聚酰胺树脂/聚乙二醇制备得到的活性炭在相同扫描速率下，质量配比为2:1时显示出较高的比电容，这是由于该组活性炭具有最高的比表面积，从而可以容纳更多的电解液离子。而适当的孔径也使电解液离子可以更容易的进入活性炭中，使得活性炭的内表面润湿性更好，故比表面积利用率高，获得较高的比电容。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超级电容器的多孔电极材料研究进展[J]. 侯朝霞,屈晨滢,李建君. 功能材料. 2020(02)
[2]超级电容器电极材料研究进展[J]. 李艳梅,郝国栋,崔平,伊廷锋. 化学工业与工程. 2020(01)
[3]超级电容器电极材料研究进展[J]. 张紫瑞,赵云鹏,张颖,黄雨欣,张子怡,杜卫民. 化工新型材料. 2019(12)
[4]石墨烯/聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能[J]. 谢超,洪国辉,赵丽娜,杨伟强,王继库. 应用化学. 2019(12)
[5]高性能聚合物在新型储能领域的应用进展[J]. 胡方圆,刘冬明,李佳乐,王锦艳,邵文龙,张天鹏,刘思洋,蹇锡高. 中国材料进展. 2019(10)
[6]用于超级电容器的煤基活性炭电极材料的研究进展[J]. 杨芳,刘晨,杨绍斌,董伟. 硅酸盐学报. 2019(10)
[7]基于碳材料的可伸缩型超级电容器的研究进展（英文）[J]. 张熙悦,张昊喆,林子琦,于明浩,卢锡洪,童叶翔. Science China Materials. 2016(06)
[8]碱炭比对活性炭孔结构及电容特性的影响[J]. 张琳,刘洪波,李步广,何月德,张红波. 湖南大学学报(自然科学版). 2005(03)
本文编号：3538321
【文章来源】：塑料科技. 2020,48(07)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
聚酰胺树脂/聚乙二醇不同质量配比下活性炭SEM照片
图2为活性炭的氮气吸脱附等温线及孔径分布图，由图2可知，按照国际纯化学和应用化学学会对吸附等温线的分类，三组样品均属于IV型[15]。相比于质量配比3:1得到的活性炭，其余两组样品的吸脱附等温线中迟滞环较宽，说明样品中以中孔为主且孔径分布较宽，这可能是由于3:1的质量配比中，聚乙二醇含量不足，产生的孔数量较少且孔径较小。三组活性炭样品的具体孔结构数据如表1所示，从表1可以看出，相比于3:1的质量配比，其余两组活性炭样品在平均孔径Da、中孔孔容Vmeso、总孔容Vtol和中孔孔容比Vmeso/Vtol上均有不同程度升高，表明较高的热分解聚合物聚乙二醇含量有利于中孔的形成；而1:1质量配比得到的活性炭的比表面积SBET(328.4 m2/g）要低于2:1质量配比组（622.2 m2/g），这表明当热分解聚合物含量过高时，尽管活性炭的孔径变大，但由于热分解聚合物在炭化聚合物内部的过渡分解，相应的比表面积SBET要更低。2.3 活性炭电极电化学性能
图3为不同质量配比的活性炭电极在不同扫描速率下的循环伏安曲线，由图3可以看出，在-1.0～0.0 V的电位窗口范围内，所有样品均没有出现明显的氧化还原峰,且具有较好的矩形特征，这表明所测试电极在该测试条件下具有典型的双电层电容特性[16]。且以不同的扫描速率进行扫描时，发现循环伏安曲线基本保持不变形，说明所测试的活性炭电极具有较好的功率特性。图4和表2为不同质量配比的活性炭电极在不同电流密度下的比电容，当扫描速度从10 mV/s增加到50 mV/s时，质量配比为3:1、2:1和1:1的活性炭电极比电容衰减量分别约为33、40和18 F/g，相应的比容量保持率分别为87%、86%和92%，较大的比容量保持率表明了这3种活性炭都有较好的大电流性能,这与之前的伏安循环测试结果相同，同时也说明所制备的活性炭适合用作超级电容器电极材料。此外，与煤基活性炭相比[17]，聚酰胺树脂/聚乙二醇制备得到的活性炭在相同扫描速率下，质量配比为2:1时显示出较高的比电容，这是由于该组活性炭具有最高的比表面积，从而可以容纳更多的电解液离子。而适当的孔径也使电解液离子可以更容易的进入活性炭中，使得活性炭的内表面润湿性更好，故比表面积利用率高，获得较高的比电容。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超级电容器的多孔电极材料研究进展[J]. 侯朝霞,屈晨滢,李建君. 功能材料. 2020(02)
[2]超级电容器电极材料研究进展[J]. 李艳梅,郝国栋,崔平,伊廷锋. 化学工业与工程. 2020(01)
[3]超级电容器电极材料研究进展[J]. 张紫瑞,赵云鹏,张颖,黄雨欣,张子怡,杜卫民. 化工新型材料. 2019(12)
[4]石墨烯/聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能[J]. 谢超,洪国辉,赵丽娜,杨伟强,王继库. 应用化学. 2019(12)
[5]高性能聚合物在新型储能领域的应用进展[J]. 胡方圆,刘冬明,李佳乐,王锦艳,邵文龙,张天鹏,刘思洋,蹇锡高. 中国材料进展. 2019(10)
[6]用于超级电容器的煤基活性炭电极材料的研究进展[J]. 杨芳,刘晨,杨绍斌,董伟. 硅酸盐学报. 2019(10)
[7]基于碳材料的可伸缩型超级电容器的研究进展（英文）[J]. 张熙悦,张昊喆,林子琦,于明浩,卢锡洪,童叶翔. Science China Materials. 2016(06)
[8]碱炭比对活性炭孔结构及电容特性的影响[J]. 张琳,刘洪波,李步广,何月德,张红波. 湖南大学学报(自然科学版). 2005(03)
本文编号：3538321
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