腐植酸基多孔碳的制备及其EDLC性能

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超级电容器具有功率密度大、充放电时间短、循环寿命长和绿色环保等优点,得到了研究者越来越多的关注。其中的碳基双电层电容器(EDLCs),由于其功率密度高,质量轻,良好的物理化学稳定性等特点,一直是研究的热点。然而,EDLCs的低能量密度,限制了它的广泛应用。在电解液确定的情况下(即电压V为定值),本文通过设计碳材料的孔道结构来提高比容量C,进而达到提高能量密度(E=1/2 CV 2)的目标。以腐植酸(HA)为前驱体,通过冷冻干燥、KOH活化、高温退火制备了腐植酸基层次孔多孔碳。冷冻干燥过程制造了适量大孔,KOH活化主要形成了大量微孔,高温退火进一步脱除了多余的含氧官能团,提高了材料的导电性能。此多孔碳作为EDLCs的电极材料,在1 mol/L TEABF4/PC有机系电解液中,10 A/g的能量密度高达30.75 Wh/kg。在6 mol/L KOH水系电解液中,100 A/g的能量密度可达6.58 Wh/kg。以风化煤基腐植酸(LHA)为前驱体,通过水热碳化、KOH活化制备多孔碳。水热碳化结合KOH活化主要提高了材料的碳收率,调控材料的形貌和孔道结构。水热温度为150°C时,最终得到的多孔碳在6 mol/L KOH水系电解液中表现出了良好的EDLC性能。在0.05 A/g时,容量为287.8 F/g,倍率性能(C100/0.05)高达72.4%;在10 A/g时,经过20,000次循环,容量保持率高达99.2%;在100A/g时,能量密度可达7.23 Wh/kg。
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