碳气凝胶的孔结构及其对电化学超级电容器性能的影响

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1、April物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)ActaPhys.-Chim.Sin.2012,28(4),843-849843[Article]doi:10.3866/PKU.WHXB201202172www.whxb.pku.edu.cn碳气凝胶的孔结构及其对电化学超级电容器性能的影响刘冬1沈军1,*李亚捷1刘念平1刘斌2(1同济大学,上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092;2航天特种材料及工艺技术研究所,北京7203信箱)摘要:通过改变碳气凝胶的溶胶-凝胶制备条件和

2、炭化活化工艺,实现了对碳气凝胶纳米孔洞结构的控制.采用扫描电子显微镜(SEM)和氮气等温气体吸附法对碳气凝胶和KOH活化碳气凝胶的形貌和孔结构进行了表征和分析,并且使用循环伏安法(CV),恒流充放电,电化学阻抗谱(EIS)等检测技术评价了电化学性能.结果表明:发达的三维纳米网络结构与合理的孔径分布是影响碳气凝胶电化学超级电容器性能的关键因素.经适度活化后的碳气凝胶材料含有丰富的介孔,比表面积可达1480m2·1.在6mo·l1的KOH溶液中,在100mV·g-L-s-1的扫描速率下其比电容量高达216

3、F·g-1.通过拟合发现,碳气凝胶类材料的大孔和介孔拥有更高的单位面积比电容量.关键词:碳气凝胶;孔结构;超级电容器;电化学性能中图分类号:O646PoreStructuresofCarbonAerogelsandTheirEffectsonElectrochemicalSupercapacitorPerformanceLIUDong1SHENJun1,*LIYa-Jie1LIUNian-Ping1LIUBin2(1ShanghaiKeyLaboratoryofSpecialMicrostructur

4、eMaterialsandTechnology,TongjiUniversity,Shanghai200092,P.R.China;2InstituteofAerospaceSpecialMaterialsandTechnology,BeijingMailbox7203,P.R.China)Abstract:Controloftheporestructuresofcarbonaerogels(CAs)wasinvestigatedbychangingthesol-gelpolymerizationan

5、dactivationconditions.ThemorphologiesandphysicalpropertiesoftheCAsandKOHactivatedcarbonaerogels(ACAs)werecharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)andN2adsorptionisotherms.TheelectrochemicalperformancesoftheCAsandACAsaselectrodematerialswerecharacte

6、rizedusingcyclicvoltammetry(CV),agalvanostaticcharge-dischargetest,andelectrochemicalimpedancespectroscopy(EIS).Theresultsshowedthatthewelldevelopedthree-dimensionalnano-networkstructuresandthereasonableporesizedistributionsoftheCAshavegreateffectonthei

7、relectrochemicalperformanceinsupercapacitors.Becauseofabundantmesoporesandahighspecificsurfacearea(1480m2·1),thespecificcapacitanceofaACAelectrodein6mol·g-L-1KOHelectrolytewasapproximately216F·1atascanrateof100mV·g-s-1.Asimplemodelwasusedtoinvestigateth

8、eroleoftheporesinelectrochemicalperformance.KeyWords:Carbonaerogel;Porestructure;Supercapacitor;Electrochemicalperformance1引言储能器件,是一种介于二次电池和传统物理电容之超级电容器是20世纪60年代发展起来的新型间的新型储能器件.它具有能量密度高、比功率高、Received:November23,2011;Revised:Janua