盐+碱协同对多孔碳电极材料电化学性能的影响

作     者：朱万兵 郭金梅 张海玲 文锡量 程俊霞 朱亚明 ZHU Wanbing;GUO Jinmei;ZHANG Hailing;WEN Xiliang;CHENG Junxia;ZHU Yaming

作者机构：辽宁科技大学化学工程学院辽宁鞍山114051 青岛市旅游规划建筑设计研究院有限公司山东青岛266000 

基　　金：国家自然科学基金项目(22208138) 辽宁省科技厅项目(2021-BS-245,2021-MS-306) 辽宁省教育厅项目(LJKZ0309,2020LNQN07) 辽宁科技大学优秀人才培养项目(2021YQ06) 辽宁科技大学大学生创新创业项目(2024-144) 

出 版 物：《材料研究与应用》 (Materials Research and Application)

年 卷 期：2024年第18卷第3期

页      码：480-486页

摘      要：超级电容器作为一类新兴的能量存储转换器件,因其充放电速度快、寿命长和安全环保的特点而受到推崇。其中,用于超级电容器的电极材料一直是人们的研究重点,综合原料来源、价格和制备工艺等因素,多孔碳电极材料成为首选。盐模板法和KOH化学活化法都是制备多孔碳电极常用的方法,前者产物的孔结构以介孔为主,但操作复杂;后者活化产物比表面积大,可以精确控制多孔碳电极的孔径分布和孔体积,但该法活化后的多孔碳多以微孔为主。若将两者结合,形成优势互补,协同构建合理的碳材料结构,有助于提升多孔碳电极的电化学性能。以锂电负极行业的固废——针状焦的生焦粉为原料,利用模板和化学活化相结合的方法制备电极材料,探索盐(KCl)和碱(KOH)的添加比例对碳电极材料电化学性能的影响。研究结果表明,两种方法相结合制备得到的多孔碳样品的碳结构以表面缺陷较多的无定型碳为主。随着KOH加入量的增加,无定型结构的碳增加,但是加入过量的KOH并不能提高无定型碳的含量。三电极测试分析发现,样品PC-2表现出优异的电容性能,在1 A·g^(−1)的电流密度下,质量比电容达到266.9 A·g^(−1);在10 A·g^(−1)的高电流密度下,容量保持率高达79.4%。该电极材料的内阻仅为0.67Ω,并且双电层电容性能有极短的响应时间。当m(生焦粉)∶m(KCl)∶m(KOH)=1∶3∶2时,KCl和KOH的协同活化效果达到了最佳,显著提高了碳电极材料电荷的传输能力,且能有效地缩短电解质离子在材料内部的扩散路径,表现出较快的充放电速度。

主 题 词：超级电容器 生焦粉 碳电极材料 协同效应 电容性能 质量比电容 弛豫时间 倍率性 

学科分类：081702[081702] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 

D　O　I：10.20038/j.cnki.mra.2024.000011

馆 藏 号：203128449...