半限域层次孔炭三维锂负极的构筑及性能

金属锂负极是锂电池极具发展潜力的高能二次电池负极材料,但是锂枝晶生长、界面不稳定、循环稳定性差和体积膨胀大等问题限制了锂负极的应用。针对枝晶生长和体积膨胀的问题,本工作通过模板法构筑了一种具有较大比表面积的半限域式层次孔炭(HPC)材料,HPC电极材料的高比表面积可降低局部电流密度,丰富的孔道结构可将锂限制在其内部沉积,从而达到抑制枝晶生长和缓解体积膨胀的目的。Li‖HPC电池在电流密度为1.0 mA·cm^(-2)、沉积电量为1.0 mAh·cm^(-2)条件下可以循环超过250周次,其库仑效率保持在97.6%。采用此负极与磷酸铁锂(LiFePO_(4))正极匹配制备的Li@HPC‖LiFePO_(4)全电池,在0.5 C下循环100周次后的正极放电比容量为93.6 mAh·g^(-1),较相同条件下的Li@Cu‖LiFePO_(4)全电池(60.8 mAh·g^(-1))提升了32.8 mAh·g^(-1)。

层次孔炭材料的设计制备及其在储能领域的应用(英文)

层次孔炭材料呈合理的微孔-中孔/大孔结构及孔径分布,具有高的电化学活性表面、极短的扩散距离和较高的传质速率,在用作储能器件电极材料时,表现出优异的功率特性。通过综述近来年层次孔炭材料的设计制备及其在储能领域的应用进展,重点介绍了本课题组自2008年以来的研究成果,进而展望了层次孔炭材料的发展方向。指出:层次孔炭材料主要通过模板法或模板-活化联合法制备。这两种方法可以实现炭材料纳米结构的精确调控。最近,开发出来的更简易的免模板法展现出较好的应用前景。

由微孔棒状羟基磷灰石为模板合成的新型层次孔炭材料的电化学电容性能(英文)

电化学电容器已经成为极具潜力的可满足高功率需求的储能系统器件.多孔炭具有大比表面积、高导电性、化学惰性、廉价及可调孔结构等优势,因此成为电化学电容器最为常用的电极材料.本文报道由微孔棒状羟基磷灰石为模板及蔗糖为碳源合成的新型具有层次孔道结构的孔炭材料的电化学电容器的性能.采用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱及BET表面分析仪表征了合成的多孔炭的形貌及表面特性.采用循环伏安法、交流阻抗图谱分析及恒流充放电评价多孔炭材料在1 mol·L^(-1)硫酸中的电化学电容性能.多孔炭具有高的比表面积(719.7 m^2·g^(-1))和大的孔容(1.32 cm^3·g^(-1)),其无序的孔道由任意分布的微孔、坍塌的中孔及类模板形状的相互交织的棒状中孔组成.随着炭化温度的增加,微孔及棒状中孔的密度随之降低,在炭化温度高达900℃时,孔径分布图上出现了三个峰.正是由于这些特殊的结构特征,山900℃炭化得到的多孔炭制成的电极展示出很好的电化学电容性能.

煤系腐植酸基层次孔炭的制备及电化学性能

为提高煤炭利用率,以煤系腐植酸为前驱体,KOH为活化剂,在较低碱炭比(≤1)和活化温度(700℃)条件下制备双电层电容器用炭电极材料。利用低温N_2吸附对所制炭材料进行孔结构表征,采用恒流充放电、循环伏安和漏电流测试等手段评价其在3 mol/L KOH中的电化学性能。结果表明,所制炭材料呈现典型的层次阶梯孔径分布,孔径主要分布在0. 5～5. 0 nm,包括0. 5～1. 8 nm微孔和3. 5～4. 6 nm中孔;氧元素含量均超过20%。随着碱炭比升高,相应炭材料含氧量、比表面积、总孔容和微孔孔容逐渐升高,最高分别为26. 67%、878 m^2/g、0. 66 cm^3/g和0. 407 cm^3/g;中孔率先升高后降低,最高为62. 1%。微孔主要是腐植酸在活化过程中挥发分析出和部分含氧官能团热解形成的,高的中孔率主要由于钾的扩孔作用。4种层次孔炭电极材料在3 mol/L KOH电解液中具有良好的充放电可逆性和典型的双电层电容特性,其质量比电容、比电容保持率最高分别达256 F/g、84%,漏电流≤0. 015 m A。各炭材料具有合理的孔径分布,同时含有丰富的含氧官能团,有利于缩短电解质离子在电极材料内部的扩散路径,提高电极材料与电解液的润湿性,降低扩散阻力,是一种理想的双电层电容器用炭电极材料。

荷叶基层次孔炭的制备及其电化学性能

以干燥荷叶为前驱体,经一步活化制备氮氧共掺杂层次孔炭。采用扫描电镜、透射电镜、氮气吸附仪、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱对层次孔炭的形貌及微观结构进行表征。结果表明:当KOH与前驱体的质量比为1,活化温度为700℃时制备的层次孔炭(AC-1-700)呈现出不规则虫孔状形貌和相互连通的炭骨架,具备高比表面积(1229m^(2)/g)、高总孔容(0.550cm^(3)/g)、适度中孔率(18.7%)和高氮氧掺杂量(3.68%N和12.35%O)。在这些特征的协同作用下,在3mol/L KOH电解液体系中AC-1-700//AC-1-700超级电容器在0.05A/g电流密度下的单电极质量比电容达到260F/g,即使在5A/g下比电容仍保持208F/g。充放电循环10000次后电容保持率高达96.6%。