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    超级电容电极炭的研究

    来源:韩研活性炭网 作者:韩研活性炭网 2017-07-13

      含有氧和磷杂原子的微孔活性炭通过使用三聚氰胺和尿素前体引入氮进行改性。过用元素分析、XPS和31 P NMR对活性炭表面化学进行了分析。结果表明,在高温下加入氮时,不仅形成了碳/氮/氧的新物种,而且磷环境明显改变。脲和三聚氰胺前体都对P-N和P-C键的形成具有相似的作用。这些化合物尽管以小但可测量的量存在似乎影响了电化学电容器中的活性炭的性能。

      活性炭是用于电化学电容器的新型材料之一?;钚蕴康谋鹊缛菸?00-400 F / g。近年来,几个研究小组证实,其多孔结构,特别是最佳孔径是决定其在超级电容器中的电容性能的最有影响力的因素。尽管有这样的协议,活性炭上的能量储存过程远远没有完全的理解。遇到的问题在于碳表面的复杂性。虽然活性炭的发达表面积和高孔体积是已知的,但是很难获得具有均匀孔径的活性炭,

    超级电容电极炭的研究

      除了多孔结构之外,活性炭具有复杂的表面化学性质,改变了碳的电化学能量储存。作为自氧化的结果,碳表面通常装饰有包含表示作为羧酸,酚,内酯,羧酸无水物,酮,醚,醌或吡喃酮这类化合物的官能团的氧。在这些中,后两者被认为是基本的和醌/氢醌的氧化还原反应表示为负责碳材料。先前的工作还提出,吡喃酮氧是电化学活性。

      除了氧,最常见的杂原子但从其影响对催化和电化学性能活性炭的是氮。当富氮碳被合成/在高温下变形,大部分氮的存在作为电阻镍铬合金,吡啶,季或吡啶基-N-氧化物。除了在吡啶和电阻镍铬合金安排,提出参加赝法拉第反应带负电的氮,分布于以离子访问的孔时,发现同样重要,以增强电容。

      这项研究的目的是调查另一个杂原子,磷及其化合物对活性炭电化学性能的作用。虽然磷并不是在所有碳通常遇到的元件它总是存在于可测量在使用磷酸活化所得到的活性炭。对木质活性炭的表面化学作用进行了仔细观察,其电化学性能如前所述。在这项研究中,首次研究了磷的化学环境与氧和氮官能团的结合。就这样,重新研究了含氮和氧的基团的形态,并试图阐明磷对测量的电容和电容保持率的影响。到目前为止,掺入碳基质的磷的方面没有被讨论为影响活性炭电极的性能。

      简单介绍本次活性炭的制造方法

      本次制造的活性炭采用木质材料。其表面修饰是在细节之前的描述。简单地说,在用尿素或三聚氰胺改性之前,用50%HNO 3将碳样品氧化4小时,然后用水洗去除去过量的酸和水溶性的氧化产物。然后将初始和氧化的样品用乙醇中的尿素或三聚氰胺悬浮液处理,并在室温下搅拌5小时。将浸渍的样品在氮气中以10℃/ min加热至950℃,并在这些温度下保持0.5小时。修改后,用沸水洗涤样品以除去任何过量的尿素或三聚氰胺分解产物。处理后的活性炭称为B,改性后的活性炭分别以其名称加上U或M,分别代表尿素或三聚氰胺。预氧化样品用字母O表示。因此,例如,B-MO是预氧化的BAX-1500,用三聚氰胺处理并在950℃下加热,做成的超级电容电极炭。

    超级电容电极炭

      为了研究磷对活性炭的电化学电容的影响,将狭窄和宽分量的齿对相对于修改样品的电容作图,相应的相关关系如图所示。观察到,狭窄和宽的屏蔽对电容具有积极作用,并且表示狭窄和宽的线性趋势的线的斜率非常相似。如上所述,最屏蔽的狭窄对应于表面偏磷酸盐,并且从表所示的数据可以看出,预氧化样品比其非预氧化的对应物含有更多的这些物质。然而,B-UO和B-MO的比电容低于B-U和B-M,其表面由比磷酸盐多的焦磷酸盐组成。这表明表面焦磷酸盐通过一些可能的法拉第相互作用对电容具有积极的影响。狭窄和宽的斜率之间的相似性意味着表面和地下磷环境对研究中碳的电容性能的等效重要性?;痪浠八?,涉及P-N和P = N键的表面磷酸盐和地下结构被证实是积极地影响活性炭的电容性能。

      结果表明,碳基质中少量但可测量的磷的存在对电化学性能有很大的影响。磷氮和磷 - 碳键的形成伴随着桥接氧的减少和磷酸盐的数量增加,活性炭表面的异质性导致对整体电容和电容的改善产生积极影响的化合物保留率。

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