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椰壳活性炭在超级电容方面的应用

2019-06-20 浦士达环保

首先介绍一下超级电容的原理：按储能机理，超级电容器一般分为双电层电容器和法拉第准电容器。双电层电容器建立在双电层理论基础之上，其电极材料为比表面积很大的天富平台登录注册。法拉第准电容器根据电极材料的不同，可分为金属氧化物和导电聚合物两类，该类电容器主要利用在活性物质表面及体相界面上发生的高度可逆的快速氧化还原反应来储存能量。无论基于何种原理，超级电容器都可以分为四大部分：电极、电解质、集流体和隔离物。目前，人们研究的热点主要集中在四个方面：碳电极材料，金属氧化物及其水合物电极材料，导电聚合物电极材料，以及混合超级电容器。电解质需要具有很高的导电性和足够的电化学稳定性，以便超级电容器可以在尽可能高的电压下工作。现有的电解质材料主要有固体电解质、有机物电解质和水溶液电解质。在所有的电化学超级电容器电极材料中，研究最早技术最成熟的是碳材料，其研究是从1957年beck发表的相关专利开始的。碳电极材料的比表面很大，原料低廉，有利于实现工业化大生产，但是比容量相对比较低，需要通过提高材料的比表面积来相应提高其比容量。目前，主要研究的是具有高比表面积和内阻较小的多孔碳材料、（活化）碳纳米管以及对碳基材料进行改性的含碳的复合材料等（例如活性炭炭黑等复合材料）。活性炭电极材料的发展 1.椰壳活性炭粉椰壳活性炭的工业生产和应用历史悠久，它也是超级电容器最早采用的碳电极材料。当然原料不同，生产工艺也略有差别。原料经调制后进行炭化活化，活化方法分物理活化（采用co2、h20蒸气为活化剂）和化学活化（znc12、koh等为活化剂）。原料和制备工艺决定了活性炭的物理和化学性能。开始采用超高比表面积活性炭来提高双层电容器的容量，日本曾报道用石油沥青为原料开发了超高比表面积（2500～3000m2/g）活性炭用作双层电容器，但这种材料并不理想，因此又兼顾孔径分布、表观密度等性能开发了很多活性炭，同时考虑了质量比容量、体积比容量，提高了电容器的综合性能。 2. 炭气凝胶炭气凝胶是一种新型轻质纳米多孔无定型碳素材料由pekala。pw等首先发现〔3〕。特点是比表面积高，密度变化范围广，结构可调，在电学、热学、光学等方面具有特殊性能，有着广泛的应用前景，特别是它的大比表面积和高导电率使其成为超级电容器的理想电极材料。炭气凝胶一般采用间苯二酚和甲醛为原料，二者在碳酸钠催化下发生缩聚反应形成间苯二酚甲醛凝胶，用超临界干燥法把孔隙内的溶剂脱除形成rf气凝胶，rf气凝胶在惰性气氛下炭化得到保持其网络结构的炭气凝胶。 3. 活性炭纤维活性炭纤维（acf）是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。acf的制备一般是将有机前驱体纤维在低温（200～400℃）下进行稳定化处理，随后进行炭化活化（700～1000℃）。用作acf前驱体的有机纤维主要有纤维素基、聚丙烯腈基、沥青基、酚醛基、聚乙烯醇等。商业化的主要是前4种。天富平台登录注册纤维在双层电容器中的应用越来越受到重视。 4.碳纳米管从电容器的储电原理来看，碳纳米管是理想的电极材料。首先碳纳米管是中空管，比表面积大，特别是单壁纳米管，有利于双电层电容的形成。另外，形成碳纳米管中碳为sp杂化，用三个杂化键成环连在一起，一般形成六元环，还剩一个杂化键，这个杂化键可以接上能发生法拉第反应的官能团（如羟基、羧基等）。因此碳纳米管不仅能形成双电层电容，而且还是能充分利用假电容储能原理的理想材料。碳基超级电容器虽然已经成功地商业化，但为进一步提高电容器的性能，碳电极材料还存在很多问题，有待进一步改进。目前，质量比容量大的多孔碳材料比较容易得到，但体积比容量大、长期应用稳定性好的碳材料比较难得到，要想协调解决好电容量与长期使用稳定性这两个相互矛盾的性能指标，还需要开发一些新的椰壳活性炭原料、活化技术等。碳材料的孔径分布是影响超级电容器性能的一个关键因素，很好地控制碳电极材料的孔结构还须进一步地探讨。另外，碳基电容器的内阻比较大，也需要从材料本身结构上改善。转载请注明出处：江苏浦士达活性炭 www.purestar.com.cn，更多详情咨询热线：400-180-9558。

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