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板栗壳生物炭高性能对称性超级电容器电极材料的制备及性能

2021-08-21王芳平马婧李小亚乔艳周凯玲

化工进展 2021年8期

王芳平,马婧,李小亚,乔艳,周凯玲

(甘肃省生物电化学与环境分析重点实验室,省部共建生态环境相关高分子材料教育部重点实验室,西北师范大学化学化工学院,甘肃兰州 730070)

超级电容器(SCs)是一个有吸引力的电化学能量储存装置,能以较高的功率和电流密度存储、输送能量,并展现高循环寿命[1]。SCs的电荷存储机制分为双电层(EDL)和赝电容[2],双电层是在带有相反电荷的电极上离子与极化电极之间的静电作用形成的[3]。SCs的关键部件是电极材料和电解质,在EDL现象中电极/电解质界面间离子的相互作用是高效充放电过程中必不可少的。为了使SCs的电荷存储密度最大化,电极材料需具备大比表面积和高度多孔的表面[4]。在已使用的储能材料中,碳基材料因其高的比表面积、分层多孔的骨架和良好的结构稳定性而引起了人们的广泛关注。

高性能、可替代环保材料的相关研究是目前努力的方向[5],农作物或动物来源的可再生碳材料作为超级电容器电极材料,是解决农业问题或处理生活垃圾的有效方法,可减少对大气的污染[6]。目前已发表的生物质炭SCs电极材料有山茶花粉[7]、稻秆[8]、椰子壳[9]、向日葵茎[10]和板栗壳[11-12]等。Ani等[13]用生物质活性炭生产了SCs电极材料,并得出结论:电极的电容性能不仅取决于表面积,还取决于孔结构的电导率和表面功能。带有微孔的活性炭具有较高的离子传输阻力,在曲折的微孔内离子难以扩散[14]。分级的多孔碳材料(大孔或微孔与中孔组合)中大孔可用作碳材料内部的离子缓冲和储液[15],丰富的微孔和中孔可以使电极具有高的表面积,从而增强双电层电容,产生高能量密度。……

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