模板法制备煤焦化副产物基多孔炭及其储电性能

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超级电容器是一种重要的能源存储装置。由于具有高的功率密度、短的充电时间和卓越的循环稳定性等优点,超级电容器已经被广泛的应用于混合动力汽车、高功率的工业设备和电子产品等领域中。超级电容器的性能主要取决于电极材料的性能。目前,活性炭是最主要的商用超级电容器用电极材料。然而,活性炭中存在着一些长的和歪曲的孔道,这些孔道不能够被电解液离子接触到,导致了活性炭电极差的速率性能和低的容量。本文主要通过模板策略来调控炭材料的孔结构和微观形貌,进而获得高性能的超级电容器用多孔炭材料。所得结论如下:以五水碱式碳酸镁作为模板,蒽油为碳源,KOH为活化剂,通过简单的一步加热策略制备了蒽油基多孔炭(APCs)。随着模板从6 g增加到12 g,APCs的形貌由片状转变为中空球壳状,相应的比表面积从1574 m2 g-1下降到384 m2g-1。将APC6作为超级电容器电极,在0.05 A g-1电流密度下,比容为306 F g-1;在20 A g-1下,比容为230 F g-1。比容保持率为75%,说明APC6电极具有良好的速率性能。10000次恒流充放电后,APC6电极的比容保持率为99.7%,说明APC6电极具有优异的循环稳定性。以五水碱式碳酸镁作为模板,煤焦油为碳源,耦合KOH活化制备了煤焦油基多孔炭(CPCs)。所得CPCs显示出二维的片状结构,具有丰富的微孔和少量的中孔。随着加热温度的升高,比表面积从2488 m2 g-1下降到2235 m2 g-1。将CPC800作为超级电容器电极,在0.05 A g-1电流密度下,比容为341 F g-1;在20A g-1下,比容为185 F g-1,比容保持率为67.4%。10000次恒流充放电后,CPC800电极的比容保持率为94.7%,说明CPC800电极具有优异的循环稳定性。以BMIMBF4离子液体作为软模板,煤焦油为碳源,利用化学活化策略制备了相互连接的片状多孔炭(ISPCs)。所得ISPCs是由薄的炭纳米片构筑成的三维多孔炭,具有丰富的短孔,其比表面积达到了1593 m2 g-1。由于这些协同的结构特征,ISPCs作为超级电容器电极,展现出了卓越的电化学性能。在0.05 A g-1电流密度下,ISPC4电极的比容为314 F g-1;在100 A g-1时,比容为195 F g-1,说明ISPC4电极具有良好的速率性能。10000次恒流充放电后,ISPC4电极的比容保持率为97.1%,说明ISPC4电极具有优异的循环稳定性。
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