活性炭在双电层电容器中是怎样使用的
活性炭也是双电层电容器(EDLC)使用最多的电极材料,早在1954 年就有以活性炭用于EDLC电极的专利。
—般认为活性炭的比表面积越大,其比容就越通常认为用大比表面积的电极材料来获得高比容量。因为EDLC主要靠电解液进入活性炭的空隙形成双电层储存电荷,一般认为水溶液中活性炭材料中2nm的孔对形成双电层比较有利,如小于2nm一下的孔则很少有双电层形成,对非水电解液, 则该孔径为5nm,因为孔径过小时,电解质溶液很难进入并浸润这些微孔, 因此这些微孔所对应的表面积就成为无效及面积,所以需要对活性炭的孔径和比表面积选择一个最佳范围值,用以提高中孔的含量、充分利用有效表面积,从而增大电极的比容。
自20世纪70年代以来,人们为了获得高比容量的活性炭(activatcdcarban,简称AC 电极材料进行了大量的工作,目前用氢氧化钾溶液活化的AC电极比容量最高可达400F/g ,张宝宏 等人采用Co+真空浸渍、碱性处理的方法对AC屯极进行了修饰,结果表明,修饰后的AC电极比容量提高了 26,80%,电容器经1000次循环使用,电容器仍保持在91%以上, 且该电容器漏电电流较小,其原因是Co修饰后的Ac屯极不仅产生双电层电容,还产生氧化还原反应的法拉第准电容,它是Co和AC协同作用的结果。邓梅根等人的实验表明,用比表面积为2000m2/g、孔径在2?20nm的活性炭,在水系和非水电解质中获得280F/g和120F/g的比容,这是目前活性炭材料所能达到的最大比容。
活性炭凝胶的炭化过程
活性炭凝胶(carbon aerogel)风有結构可控性,在制各过程中通过调整原料的配比、反应温度及凝胶化时问,可有效地控制产物的结构,从而控制活性炭凝胶的密度、比表而积、胶粒的大小、孔分布等,活性炭凝胶的制备一般分为三步,即有机凝胶的形成、超临界干燥和炭化过程, 其中有凝胶的形成主要是得到适合的空间网络状结构的凝胶。
活性炭凝胶是一种质轻、比表面积大、中孔发达,黪电性好A电化学性能稳定的活性炭材料,孔隙率高达80%以上的网络胶体顆粒尺寸为3?20nm, 属中孔纳米级活性炭材料,比丧面积为400?1100m2/g,密度甩围为0.03?0. 80g/cm3 ,电导率为10?25S/cm,它可以克服使用活性活性炭粉末和纤維作EDLC电极时存在的内接触电阻大,使比表面积得到充分利用。
玻璃活性炭结构模型
玻璃活性炭(glass-like carbon,简称GC)的电导率高、力学性能好,但透气率低,结构模型含有闭壳的微孔。文越华等人认为,若将玻瑰aui全部闭孔打开,使其整体呈纳米级的开孔结构,则比表面积将有很大的纖高, 有望成为较理想的髙功率电容电极活性炭材料.他们提出了新型的纳米孔玻璃活性炭的制备方法:以酚醛树脂为原料,加入固化剂在250摄氏度以下固化交联,调节固化温度以形成具有一定的交联度而又保持较高挥发分的固化物,然后研磨成粉,适当加压成型,使压制休的颗粒之间留有一定的孔隙,活性炭炭化时挥发分易于扩散排出,应力作用大为减弱。 因此,可快速升温进一步固化和活性炭化,并可使活化气体能够渗入体相,活化反应物也能扩散出来,从而制备出整体均被活化的纳米孔玻璃活性炭,用作电化学电容器的电极材料性能良好,纳米孔玻璃活性炭的结构,介于玻璃活性炭和活性活性炭之间。
竹炭基活性活性炭的形成方法
刘洪波等人探讨了竹活性炭基髙比表面积活性活性炭作EDLC电极的充放电特性及其比电容与各种因素的关系,对活性炭化温度、碱活性炭比、活化温度、活性炭收率与性能的影响及比电容与比表面和孔结构的关系、EDLC的充放电特性进行了实验研究,研究结果表明:控制适宜的活性炭化、活化工艺条件'可制得双电极、比电容达55F/g的竹活性炭基髙比表面活性活性炭。由它组装的EDLC 具有良好的充放电性能和循环性能。但是内阻过高,大电流下充放电时电容量下降过大。其特点:具有容量大、体积小、充放电简单快速、使用温度范围宽、电压保持性好、充放电次数不受限制等。
纳米活性炭管新型过滤材料研发技术
纳米活性炭管是在1991年、由日本电镜专家发现的一种新型的纳米级炭材料,它是由石墨的活性炭原子层卷曲而成,由单层或多层石墨卷成的无缝管状壳层结构,具有很大的比表面积,管径在0.4?:lOOnm纳米范围内。纳米活性炭管用于EDLC电极材料,具有比活性炭电极高很多的比表面利用率。有报道显示基于纳米活性炭管薄膜电极的比表面积为430m2/g时,比容达到45F/g, 理论上在清涪石墨表面的双电容量为20uF/Cm2 ,以此推算纳米活性炭管电极的电容量达到理论EDLC的57% ,而活性炭电极2nm以下的孔对 EDLC基本上没有贡献,从而限制了其电容童,所以对纳米活性炭管来说,由于孔管间空隙其孔径在2?5mri之间,全部厲于中孔范围,从而具有很髙的比表面虽然目前生产的纳米活性炭管的比表面积比活性炭低,但其电容量指标已经接近甚至超出了活性炭。