杨胜杰，张晓丽，路永广

(河南省核力科技发展有限公司，河南 郑州 450000)

超级电容器具有高功率性、长循环寿命、低温性能好等特点[1-2]。能满足一些设备对高功率、极寒使用条件的要求，尤其适合作为军方特种装备的备用电源。

以竹子作为活化原料，采用碳化-活化两步法制备超级电容器活性炭材料，活化阶段分别以氢氧化钾、磷酸、氯化锌为活化剂，惰性气氛保护下，制备活性炭。通过实验对比，研究不同活化剂对超级电容器炭材料电化学性能的影响[3]。

1 实验

1.1 试剂

氢氧化钾，天津产，分析纯；磷酸，西安产，分析纯；氯化锌，河北产，分析纯；导电性乙炔黑，河南产，99.9%；黏接剂聚偏氟乙烯，广州产，99.9%；铝箔，青岛产，>99.9%；纸质膜，日本产，电子级；电解液为1 mol/L LiClO4/PC，张家港，电子级。

1.2 炭的制备

以竹子为原料，在一定的温度，惰性气氛保护下，将切成段的毛竹放入管式炉中炭化后，得到炭材料。

1.3 活性炭的制备

将制得的炭材料分别采用氢氧化钾、磷酸或氯化锌为活化剂，按照一定的比例混合均匀，在惰性气氛保护下，于一定的温度下活化一定的时间。产品冲洗至中性，干燥，得到活性炭。

1.4 电极制备及模拟电容的组装

按活性炭∶导电性乙炔黑∶黏接剂聚偏氟乙烯=8∶1∶1比例研磨均匀，用有机溶剂合成膏状，涂覆于铝箔上，干燥、压制成型；隔膜为纸质膜，组装成模拟电容器待测。

1.5 电化学性能测试

常温下，对模拟电容器的直流恒流充放电、交流阻抗及循环伏安性能进行测试。单电极的克比电容

由式(1)计算得到。

C=2It/(△V·m)

(1)

式中：C是单电极克比电容，F/g；I是放电电流，mA；t是放电时长，S；△V是放电阶段电压降，mV；m是单电极片活性炭质量，g。

2 结果与讨论

2.1 交流阻抗测试

具有明显电容特性的多孔电极，其交流阻抗图谱特征是中频段为倾角45°的直线，低频段呈接近垂直于实轴的直线[4]。图1表现出明显多孔电极阻抗特征，说明制备的材料具备明显的电容特性。

2.2 首次充放电曲线

采取电流密度100 mA/g恒流充放电，制备材料的充放电曲线如图2所示。以氯化锌和氢氧化钾作为活化剂所制备的材料放电初期电压降接近，放电曲线均平滑，说明两者制备的材料极化内阻小，电容性能好；磷酸活化的材料最差。

图1 交流阻抗图谱

图2 恒流充放电曲线

2.3 循环性能测试

采取电流密度100 mA/g，测试材料的循环寿命，循环2 500次如图3所示。由图3可知，以氢氧化钾为活化所得材料，首次放电容量247.0 F/g，第二次放电比电容244.2 F/g，容量保持率98.9%，说明制备材料的孔径合适，电容性能最佳；2 500次循环后比电容为243.9 F/g，容量保持率为99.9%，远高于其他两款材料的97.8%、96.7%。

2.4 漏电流测试

图3 循环性能测试

图4 漏电流测试

材料的漏电流测试，首先恒流充电至2.0 V，保持恒压2.0 V充电，电流会迅速下降，记录此过程的电流-时间曲线。由图4可知，时间接近200 s后电流趋于平缓，时间达1 800 s时电流恒定，此后电流为电容器的维持电流，用于抵消电容器因为炭材料、电解液和元器件等因素造成的电流损耗，此电流即为所测漏电流。

如图4所示，以磷酸、氢氧化钾、氯化锌为活化剂制备材料的漏电流分别是0.227、0.117、0.175 mA，氢氧化钾活化剂制备材料的漏电流最小。说明氢氧化钾活化剂制备材料的模拟电容更稳定，所得材料的电容性能最佳。

3 结论

通过实验对比，分别采用氢氧化钾、磷酸、氯化锌作为活化剂，制备的竹基超级电容器用活性炭，交流阻抗测试表明材料具有明显的电容特性；组装的测试电容漏电电流分别为0.117、0.227、0.175 mA，2 500次循环后比电容分别为244、221、232 F/g，容量保持率分别为99.9%、97.8%、96.7%。由以上数据可知，以氢氧化钾为活化剂制备出的炭材料电化学性能最佳，最适合制备以竹子为原料的超级电容器用活性炭材料。