含磷活性炭作为双电层电容器电极材料的电化学性能
超级电容器电极材料——活性炭
超级电容器电极材料——活性炭碳材料由于具有成本低､⽐表⾯积⼤､孔隙结构可调､制备电极的⼯艺简单等特点,在研究EDLC的开始,⼈们就考虑使⽤碳材料作为其电极材料｡⽬前,应⽤于 EDLC的碳材料主要有活性炭､碳纳⽶管和炭⽓凝胶｡活性炭(activated carbon,AC)是EDLC使⽤最多的⼀种电极材料,它具有原料丰富､价格低廉､成形性好､电化学稳定性⾼､技术成熟等特点｡活性炭的性质直接影响EDLC的性能,其中最为关键的⼏个因素是活性炭的⽐表⾯积､孔径分布､表⾯官能团和电导率等｡⼀般认为活性炭的⽐表⾯积越⼤,其⽐电容就越⾼,所以通常可以通过使⽤⼤⽐表⾯积的活性炭来获得⾼⽐电容｡但实际情况却复杂得多,⼤量研究表明,活性炭的⽐电容与其⽐表⾯积并不呈线性关系,影响因素众多｡实验表明,清洁⽯墨表⾯的双电层⽐容为 20µF/cm2左右,如果⽤⽐表⾯积为2860m2/g的活性炭作为电极材料,则其理论质量⽐容应该为572F/g,然⽽实际测得的⽐容仅为130F/g,说明总⽐表⾯积中仅有22.7%的⽐表⾯积对⽐容有贡献｡国际纯粹与应⽤化学联合会(IUAPC)将多孔材料的孔隙分为微孔( <2nm)､中孔(2～50nm)和⼤孔(>50nm)三类｡EDLC主要靠电解质离⼦进⼊活性炭的孔隙形成双电层来存储电荷,由于电解质离⼦难以进⼊对⽐表⾯积贡献较⼤的､孔径过⼩的超细微孔,这些微孔对应的表⾯积就成为⽆效表⾯积｡所以除了⽐表⾯积外,孔径分布也是⼀个⾮常重要的参数,⽽且不同电解质所要求的最⼩孔径是不⼀样的｡Gsalirta等研究了⼏种不同孔结构的活性炭在LiCl､NaCl和KCl的⽔溶液及 LiBF4和 Et4NBF4的PC溶液中的双电层电容性能后证实了上述结论｡提⾼活性炭的⽐表⾯积利⽤率,进⽽提⾼其⽐容的有效⽅法是增⼤活性炭的中孔含量｡LeeJniwoo等运⽤模板法制备了⽐表⾯积为1257m2/g的中孔碳,其平均孔径为2.3nm,制成电容器后不论在⽔系还是有机电解质中其⽐容都明显⼤于分⼦筛炭｡另外,D.Y.Qu等的研究表明,增⼤中孔的含量,还可以明显提⾼EDLC的功率密度,因为孔径越⼤,电化学吸附速度越快,这说明孔径较⼤的碳材料能满⾜快速充放电的要求,适合制备⾼功率的电容器｡另外,孔径分布对EDLC的低温容量也有影响,具有更多纳⽶以上孔径的碳电极其低温容量减⼩得更慢｡通过电化学氧化､化学氧化､低温等离⼦体氧化或添加表⾯活性剂等⽅式对碳材料进⾏处理,可在其表⾯引⼊有机官能团｡⼤量研究表明,表⾯有机官能团对EDLC的性能有很⼤影响｡⼀⽅⾯,有机官能团可以提⾼电解质对碳材料的润湿性,从⽽提⾼碳材料的⽐表⾯积利⽤率,同时这些官能团在充放电过程中还可以发⽣氧化还原反应,产⽣赝电容,从⽽⼤幅度提⾼碳材料的⽐容｡A.Y.Rychagov的研究证明表⾯官能团的赝电容效应对⽐电容的贡献有时可达50%以上｡另⼀⽅⾯,碳材料表⾯官能团对电容器的性能也存在负⾯影响,研究表明碳材料表⾯官能团含量越⾼,材料的接触电阻越⼤,从⽽导致电容器的ERS也就越⼤;同时,官能团的法拉第副反应还会导致电容器漏电流的增⼤;另外,碳材料电极表⾯含氧量越⾼,电极的⾃然电位越⾼,这会导致电容器在正常⼯作电压下也可能发⽣⽓体析出反应,影响电容器的寿命｡活性炭的电导率是影响EDLC充放电性能的重要因素｡⾸先,由于活性炭微孔孔壁上的碳含量随表⾯积的增⼤⽽减少,所以活性炭的电导率随其表⾯积的增加⽽降低;其次,活性炭材料的电导率与活性炭颗粒之间的接触⾯积密切相关;另外,活性炭颗粒的微孔以及颗粒之间的空隙中浸渍有电解质溶液,所以电解质的电导率､电解质对活性炭的浸润性以及微孔的孔径和孔深等都对电容器的电阻具有重要影响｡总之,活性炭具有原料丰富､价格低廉和⽐表⾯积⾼等特点,是⾮常具有产业化前景的⼀种电极材料｡⽐表⾯积和孔径分布是影响活性炭电化学电容器性能的两个最重要的因素,研制同时具有⾼⽐表⾯积和⾼中孔含量的活性炭是开发兼具⾼能量密度和⾼功率密度电化学电容器的关键｡。
双电层电极材料
双电层电极材料
双电层电极材料是一种特殊的材料，它可以用于电化学反应中的电极。
这种材料的特殊之处在于它具有非常高的比表面积，这意味着它可以提供更多的反应表面，从而提高反应速率和效率。
双电层电极材料通常由多孔材料制成，例如活性炭、氧化铝、氧化钛等。
这些材料具有非常高的孔隙度和比表面积，可以提供大量的反应表面。
此外，这些材料还具有良好的导电性和化学稳定性，可以在不同的电化学反应中使用。
在电化学反应中，双电层电极材料可以用作阳极或阴极。
当它用作阳极时，它可以吸收电子并促进氧化反应。
当它用作阴极时，它可以释放电子并促进还原反应。
这些反应可以用于许多应用，例如电池、电解、电沉积等。
双电层电极材料还可以用于超级电容器。
超级电容器是一种高能量密度和高功率密度的电池，它可以在短时间内存储和释放大量的电能。
双电层电极材料可以用作超级电容器的电极，它可以提供更多的反应表面和更高的电容量，从而提高超级电容器的性能。
双电层电极材料是一种非常重要的材料，它可以用于电化学反应和超级电容器等应用。
它的高比表面积和良好的导电性和化学稳定性使其成为一种理想的电极材料。
未来，随着科技的不断发展，双电层电极材料将会有更广泛的应用。
碳材料的双电层电容
碳材料的双电层电容引言：碳材料的双电层电容是一种重要的电化学现象，它在能源存储和转换等领域有着广泛的应用。
本文将介绍碳材料的双电层电容的基本原理、结构特点以及应用前景。
一、基本原理：碳材料的双电层电容是指在碳材料电极表面形成的电化学双电层现象。
当碳材料与电解质接触时，电解质中的正负离子会在碳材料表面形成一个电荷分布层，称为电荷双层。
电解质中的正离子会吸附在碳材料表面形成一个正电荷层，而负离子则会吸附在这个正电荷层上形成一个负电荷层。
这些吸附的离子形成的电荷层与碳材料自身的电荷构成了一个电容器，即双电层电容。
二、结构特点：碳材料的双电层电容具有以下几个结构特点：1. 大比表面积：碳材料具有丰富的孔隙结构和高比表面积，能够提供更多的吸附位点，从而增加电荷分布层的面积，提高双电层电容的容量。
2. 优良的导电性：碳材料具有良好的导电性，使得电荷在碳材料表面能够快速传输，提高电容器的响应速度。
3. 调控孔径结构：通过调控碳材料的孔径结构，可以调节电解质中离子的吸附和扩散行为，从而优化双电层电容的性能。
三、应用前景：碳材料的双电层电容具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 超级电容器：碳材料的双电层电容具有高能量密度和高功率密度的特点，可以用于制备高性能的超级电容器，用于储能和释放能量。
2. 锂离子电池：将碳材料的双电层电容与锂离子电池相结合，可以提高电池的功率性能和循环寿命，实现快速充放电。
3. 储能技术：碳材料的双电层电容可以用于储能技术，如电动车辆的制动能量回收、太阳能和风能等可再生能源的储能等。
4. 传感器：碳材料的双电层电容对于环境中的离子和分子具有很高的敏感性，可以用于制备高灵敏度的传感器，应用于环境监测、生物传感等领域。
结论：碳材料的双电层电容是一种重要的电化学现象，具有丰富的孔隙结构、优良的导电性和调控孔径结构的特点。
它在超级电容器、锂离子电池、储能技术和传感器等领域有着广泛的应用前景。
双电层电容器植物基活性炭研究进展
双电层电容器植物基活性炭研究进展潘跃德;赵乾瑞;高利冬;郭力铭;李刚;王开鹰【期刊名称】《太原理工大学学报》【年(卷),期】2022(53)6【摘要】双电层电容器(EDLCs)是一种具有高功率密度、长循环寿命和宽温度区间的储能器件,在交通运输、微电网和物联网等领域具有广阔的应用前景。
双电层电容器的正负极材料均采用一种具有发达孔隙结构、高比表面积和高振实密度的碳材料——活性炭。
植物因其丰富性、多样性和再生性等优点,被认为是最具潜力的活性炭制备原材料。
对用于EDLCs的植物基活性炭进行了综述。
首先简介EDLCs的性能优势以及基本工作原理和应用领域,并将应用于活性炭制备的植物原料分为农林植物、水生植物、果壳和植物基分子四类。
然后,讨论高性能EDLCs对活性炭的基本要求,以及活性炭的制备方法和原理。
其次,对植物基活性炭的制备和在EDLCs 的应用进展进行了阐述,并讨论了植物基活性炭的催化石墨化相关进展。
最后是进行总结,并展望了植物基活性炭应用于EDLCs的广阔前景和进一步研究方向。
【总页数】10页(P979-988)【作者】潘跃德;赵乾瑞;高利冬;郭力铭;李刚;王开鹰【作者单位】太原理工大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB321【相关文献】1.双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征2.双电层电容器用中微双孔活性炭的研究进展3.双电层电容器用新型无灰煤（HyperCoal）基活性炭的制备4.双电层电容器用沥青焦基活性炭的制备工艺条件对其孔结构及电化学性能的影响5.电化学双电层电容器电极材料——豌豆荚基活性炭的制备与表征因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
双电层电容器用不同电解液的电化学性能
作者简介:孙国华(1980-),男,河北人,中国科学院山西煤炭化学研究所博士生,研究方向:新型炭材料;李开喜(1964-),男,山西人,中国科学院山西煤炭化学研究所教授,博士生导师,研究方向:新型炭材料,本文联系人;李 强(1979-),男,内蒙古人,蒙古族,中国科学院山西煤炭化学研究所博士生,研究方向:新型炭材料;范 慧(1974-),女,河北人,中国科学院山西煤炭化学研究所硕士生,研究方向:新型炭材料。
双电层电容器用不同电解液的电化学性能孙国华1,2,李开喜1,李 强1,2,范 慧1(1 中国科学院山西煤炭化学研究所,山西太原 030001;2 中国科学院研究生院,北京 100049)摘要:研究了双电层电容器(EDL C)用离子液体1 乙基-3 甲基咪唑三氟乙酸盐[EM Im]CF 3COO 和30%K OH 在高比表面积(3250m 2/g )活性炭电极上的电化学性能。
30%K OH 的电容特性、大电流充放电性能均优于[EM Im ]CF 3COO,而[EM Im]CF 3COO 的比电容随应用电压的提高而增加,使电容器在提高功率密度的同时提高了能量密度。
关键词:离子液体; 双电层电容器(EDLC); 循环寿命; 应用电压中图分类号:T M 533,T M 534 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2007)01-0012-02Electrochemical performance of different electrolytes for EDLCSU N Guo hua 1,2,LI Kai xi 1,LI Qiang 1,2,FAN Hui 1(1 S hanx i I ns titute of Coal Chemistry ,Chinese A cademy of Sciences ,T aiy uan,Shanx i 030001,China;2 Gr aduate School of the Chinese A cademy of Sciences ,Beij ing 100049,China)Abstract:T he electrochemical performance of ionic liquid [EM Im]CF 3COO (1ethyl-3 methylimidazolium trifluoroacetic)and 30%K OH fo r electric double layer capacitor (EDLC)on hig her specific surface area (3250m 2/g )activated carbon electrode w as investigated T he capacitance characteristics,larg e curr ent charg e discharg e performance of 30%K OH were better than those of [EM Im]CF 3COO ,while the specific capacitance of [EM Im]CF 3CO O increased w ith the increasing of applied vo ltage,so that t he ener gy density of the capacitor w as increased at the same time of the increasing of pow er densit yKey words:ionic liquid; electr ic double lay er capacitor (EDL C); cycle life; applied voltag e离子液体与水系电解液相比,能量密度高;在高温下与有机电解液相比[1],电容高且安全性好,被用于二次电池[2]、双电层电容器(EDLC)[3]等电化学元件中。
超级电容器的制备与电化学性能的研究
实验报告超级电容器的制备与性能研究一、实验目的1、了解超级电容器的原理及应用2、掌握超级电容器的制备方法3、学习应用各种电化学方法研究超级电容器的电化学行为。
二、实验原理1、循环伏安测试对于双电层电容器，可以用平板电容器模型进行理想等效处理，根据平板电容容量计算公式：c=εS4πd（1）由上式可知，超级电容器的电容量与双电层的有效面积（S/m2）成正比，与双电层的厚度（d/m）成反比，对于活性炭电极，双电层有效面积与碳电极的比表面积及电极上的载碳量有关，双电层的厚度是受溶液中的离子的影响，因此，电极制备好以后，电解液确定，容量便基本确定了。
利用公式dQ=i d t和C=Q∕φ可得到：i=dQd t =C dφd t（2）因而，如果在电极上加上一个线性变化的电位信号时，得到的电流响应信号将会是一个不变的量，如果给定的电信号是一个三角波信号，电流信号将会是一个正电流信号或者一个负电流信号。
响应信号如图1（b）所示，响应信号在i-φ图中呈一个矩形。
由（2）式可知。
在扫描速度一定的情况下。
电极上通过的电流（i）是和电极容量（C）成正比关系的，也就是说对于一个给定的电极，通过对这个电极在一定扫描速率下进行循环伏安测试，研究电流变化就可以计算出电极的电容，继而进一步求出比电容：Cm=Cm =im dφd t=im V（3）2、恒电流充放电测试对于超级电容器，根据式（2）可知，采用恒电流进行充放电时，如果电容量C为恒电位，那么dφd t将会是一个常数，即电位随时间是线性变化的关系，也就是说理想电容器的恒流充放电曲线是一条直线。
可以利用恒流冲放电曲线来计算电极活性物质的比容量：Cm=i tdmΔV（4）式中，t d是放电时间，ΔV是放电电压降的平均值。
式中的ΔV是可以利用放电曲线进行积分计算而得出：ΔV=1(t1−t2)V d t21(5)实际在计算比容量时，常采用t1和t2时电压的差值作为平均电压降，对于单电极比容量，式（4）中的m为单电极活性物质的质量，若计算的是双电极比容量，m则为两个电极上活性物质的质量总和。
电化学电容器中炭电极的研究及开发Ⅱ.炭电极
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炭材 料具 有优 良的导 热 和导 电性 能 ， 其密 度低 ， 抗 化学腐 蚀性 能好 ， 膨胀 系数 小 ， 热 弹性 模 量 不 高 。
可通 过不 同方 法制 得粉末 、 状 、 维 、 、 等多 种 块 纤 布 毡
愈 大 。因此 ， 具有 较 高 表 面 积并 且 电化 学 惰 性 的各
化 电极 的双 电层 上 积 累 电荷 ， 位 比电容 条 件 下 电 单 极 的表面 积愈 大 ， 则单 位 重 量 或 体 积 电极 的 电容 量 就会 愈高 。因 此 在 研 究 Ｅ 的 一 开 始 ， 考 虑 用 活 Ｃ 就 性炭 之 类 有 较 大 比 表 面 积 的 炭 材 料 作 为 电 极 材 料 Ｊ 。然 而 ， 响极化 炭 电极 的 比电容 除 了表 面 积 影 外， 还存在 许多 其 它 的 因 素 。本 文 在讨 论 这 些 影 响 因素 的基 础上 ， 介 绍各种 实 用炭材 料 ， 将 特别是 纳 米 碳管 （ Ｑ ） 为一 种新 型 电极材 料 的研 究 开发 状 况 作
第２ 期
刘辰光 等： 化学电容器中炭电极的研耷及 电 垄 ： 皇
种 炭材料 受 到格外 重 视 。
实 验 表 明 ， 水 溶 液 和水 银 电极 界 面形 成 的 电 在 双层 比电容 量为 ２ ｔ ／ｍ ～３ ｔ ／ｍ ， ０￣ ｃ ２ ０￣ ｃ ２在清 洁 的石 Ｆ Ｆ 墨表面 电 双 层 比 电容 量 为 ２ ｔ ／ｍ Ｉ左 右 。如 果 ０￣ ｃ ２１ Ｆ ２ 用 表面积 为 １ ０ Ｚｇ的 活性 炭 （ Ｃ 作 电极 ， 其 ０ｍ ／ ０ Ａ ） 则
及发 展趋 势 。
中用 １０ ｍＺｇ ３０ ２ｇ的 活性炭 作 电极 时 ， ０ ／ ～１０ ｍ ／ １ 所测 得 的质 量 比 电容 仅 为 １０ ／ ２ Ｆｇ～１０ ／＿ ， 明 实 际 ６ Ｆｇ 】说 ５ 情 况 比较 复 杂 。首 先 ， 各种 类 型 的炭 材 料 ， 位 表 其单 面积 的比 电容 量并 不一 样 ； 其次 ， 电解 质 中的离子 可
双电层型超级电容器
双电层型超级电容器
分类多样
1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。
2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。
3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。
4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。
2.以上电极材料可以制成： 1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。
2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。