分级多孔碳结构作为超级电容器电极材料

由于碳材料优良的导电性,可裁剪性,价格低廉,它已被广泛研究作为超级电容器的电极材料。几十年来,碳基超级电容器电极的电容一般保持在100和200 F g-1之间。近来,一种被称为分级多孔碳的新型碳材料,其电容超过了300 F g-1,该类材料实现了传统碳材料在超级电容器应用中的新突破。分级多孔碳含有不同尺寸的孔(从微孔到大孔),很多孔结构相互连接并以分级的形式组装起来。实验研究和理论调查共同证明,微孔的存在提供了大的表面积以增强电荷存储能力,而中孔,大孔和等级结构可改善电解质渗透和促进离子扩散。本文首先介绍了不同孔的类型和分级多孔结构的定义,然后讨论和例证其主要的合成方法。此外,从分子水平理解孔径大小,孔内官能团,孔分布和电容性能之间的关系。在文中的最后,提出了分级多孔碳用于超级电容器的挑战和机遇。

Figure 1.(a)Ragone曲线比较了超级电容器和其他电池的比能量密度和比功率密度;(b)一个超级电容器的结构示意图;(c)超级电容器两种可能的电荷储存机理原理示意图。

Figure 2.(a)电极材料合成示意图;(b)TEM图;(c)孔径尺寸分布;(d)在1Ag-1电流密度下,其质量和体积电容;(e)稳定性测试。

Figure 3.(a)FHPC的合成示意图;(b)SEM图;(c)HRTEM图;(d)孔径尺寸分布;(e)CV曲线;(f)质量电容。

Figure 4.(a)HPC-BMS的合成示意图;(b)低分辨和(c)高分辨SEM图;(d)HRTEM图;(e)恒电流充放电测试的质量电容。

该研究工作于2017年发表在Journal of Materials Chemistry A上。

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责任编辑:马嘉悦
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