具有高比电容的蘑菇衍生碳材料

发布时间：2021-06-25 02:10

　　以三种不同种类的蘑菇为前驱体,经过高温热处理和氢氧化钾（KOH）活化,制备生物质炭;将制备的碳材料作为电化学活性物质,应用于电极并组装超级电容器器件。扫描电子显微镜（SEM）表征结果表明,蘑菇碳为不规则的块状结构,改性后的碳材料表面出现明显刻蚀及孔结构,氮气吸脱附曲线及孔径分布进一步说明活化后其比表面积和孔隙率发生显著变化。通过循环伏安（CV）、恒流充放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）对其电化学性能进行测试,结果表明,三种碳材料在6 mol/L氢氧化钾电解液中均展现出优异的电化学性能。以杏鲍菇为前驱体制备的碳材料在电流密度为0.5 A/g时比电容高达427 F/g,其组装的对称器件在功率密度为150 W/kg时,能量密度可达7.8 Wh/kg。 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(12)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

三种不同的蘑菇经KOH活化前后的扫描电镜图:(a—c)C1, C2, C3;(d—f)AC1, AC2, AC3

图1 三种不同的蘑菇经KOH活化前后的扫描电镜图:(a—c)C1, C2, C3;(d—f)AC1, AC2, AC3超级电容器双电层电容中,微孔是形成双电层电容的主要场所,介孔则为离子的快速传输提供路径,以促进双电层的快速形成,同时减小离子传输的阻抗,因此,材料比表面积和孔隙率的提高是电化学性能优化的主要原因。

基于此,为了能够更充分地展现材料的电化学性能,选取电化学性能最好的AC2分别为正负极,组装了对称超级电容器(图4)。CV图呈现碳材料标准的矩形,且扫描速率从5 mV/s增大至50 mV/s时,矩形形状保持良好,说明所制备的碳材料具有较好的倍率性能;GCD曲线呈对称倒三角,说明器件具有良好的库仑效率,根据式(1)计算得到器件在0.3 A/g电流密度下的电容量为56.8 F/g;当功率密度为150 W/kg时,能量密度可达7.8 Wh/kg,当功率密度达到1 499 W/kg时,能量密度仍然能保持6.8 Wh/kg。另外,对器件循环寿命进行了测试,如图4e所示,在2 A/g电流密度下,循环5 000圈后容量保持率为80%左右。3 结论


本文编号：3248280