焦粉活性炭Al-Ni(OH)2复合电极材料的制备及其超级容器性能.pdf

《焦粉活性炭Al-Ni(OH)2复合电极材料的制备及其超级容器性能.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第3O卷第1期应用化学Vo1．30Iss．12013年1月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJan．2013焦粉活性炭／AI-Ni(OH)2复合电极材料的制备及其超级容器性能雒和明杨鹏赵霞张建强(兰州理工大学石油化工学院兰州730050)摘要以焦粉为原料，用HNO预处理除灰，采用KOH浸渍一煅烧活化法制备焦粉活性炭(CPAC)，通过场发射扫描电子显微镜、x射线衍射等表征其形貌，采用BET测试其比表面积、孔结构及孔径分布。初步考察了活化温度、活化时间等对焦粉活性炭电极材料电化学性能的

2、影响。采用共沉淀法制备cPAC／A1·Ni(OH)复合电极材料，通过恒电流充放电测试及循环伏安测试表征CPAC．／A1一Ni(OH)：复合电极材料的电化学性能。结果表明，当活化温度为800oC、活化时间为3h制得的焦粉活性炭电极材料的电化学性能最佳，比电容达到21lF／g。CPAC-800℃．3h／A1．Ni(OH)：复合电极材料随Al掺杂量的增大呈现先增大后减小的趋势。在固定Al质量掺杂量为4％，炭镍质量比为1：1时所得复合材料的比电容量最大：1173．6F／g。恒电流充放电及循环伏安测试表明Al掺杂量为4％

3、、炭镍比为1：1的复合材料具有较好的电化学性能。关键词焦粉，焦粉活性炭，复合电极材料，比电容，电化学性能中图分类号：0646文献标识码：A文章编号：1000-0518(2013)01-0099-08DOI：10．3724／SP．J．1095．2013．20005近年来，研究人员采用不同多孔炭原材料及不同方法对多孔炭形成机理进行了较深的研究。多孔炭质材料，比如炭气凝胶]、炭微球4。、针状焦、石油焦、纳米孔玻态炭、纳米碳管。删、活性碳纤维心和石墨烯等，以其丰富的原材料、低廉的价格、巨大的比表面积、较高的电化学稳定性

4、及较好的导电性，广泛应用于电化学双电层电容器(electrochemicaldouble—layercapacitors，简称EDLCs)中。超级电容器是一种新型、高效、实用的能量存储装置，因其具有容量大、循环寿命长、可快速充放电等’删优点，引起了研究人员的广泛关注。按照储能机理可以分为两类：双电层电容器和法拉第电容器蚴]。对于碳电极，通过化学处理使碳表面吸附化学官能团或在表面沉积金属氧化物颗粒，可以制备具有双电层电容和法拉第电容的复合电容器，这种电容器同时具备前二者的优点。庄新国等采用沉淀转化法，通过掺钴和纳

5、米炭材料制备了具有／3一Ni(OH)晶体结构的Ni(OH)-c和Ni。Co0_o4(OH)一C纳米复合材料，实验结果表明，Ni。．％co。．∞(OH)-C(90％)+SPC(10％)的比电容达．241：89mA·h／g，掺钴和炭的Nico。．(OH)一c的复合材料具有较高的比容量。黄庆华等采用化学沉淀法在活性炭(AC)表面和微孔内掺杂不同量的氢氧化镍，制备了氢氧化镍一活性炭[Ni(OH)：一AC]复合材料。制成的Ni(OH)：一AC／AC复合型超级电容器比电容高达330．7F／g，比活性炭(AC／AC)超级电容

6、器比电容(245．6F／g)提高了34．6％，且Ni(OH)-AC／AC复合型超级电容器具有更好的循环充放电性能。众所周知，氢氧化镍具有IX型和JB型2种形态，并且IX-Ni(OH)：比／3一Ni(OH)：具有更高的比电容，但是在碱性条件下，—Ni(OH)的稳定性较差，易转化为／3一Ni(OH)。为了制备稳定的—Ni(OH)：，研究人员大都采用如Al、Co、Mn、Fe及zn等将氢氧化镍晶格中的镍离子进行同晶替换，以达到提高．Ni(OH)稳定性的目的。而其中的Al最为引人关注，因为A1-—Ni(OH)：具有相对较

7、好的电化学性能。2012-01-05收稿，2012-02-20修回甘肃省自然科学基金项目(0809RJZA011)；甘肃省教育厅研究生导师资助项目(0803-04)通讯联系人：雒和明，副教授；Tel／Fax：03912973538；E．mail：luohm@lut．cn；研究方向：多孔炭材料的制备与应用100应用化学第30卷焦粉是冶金、化工、电石等生产企业在焦炭破碎过程中产生的直径小于5mm小颗粒焦炭的统称，因粒度较小不能作为生产原料继续使用。与其它煤基材料不同，焦粉具有灰分高、成分复杂、经过高温煅烧使得其结构

8、致密、极难活化等特点。目前，焦粉的再利用研究主要采用碱活化制备焦粉活性炭(CPAC)应用于废水处理等方面，但应用于电极材料方面的研究鲜有报道。CPAC电极材料的制备其出发点在于拓展焦粉资源的应用领域，保护生态环境；提高焦粉的利用率及其经济效益。本文采用焦粉为原料，通过硝酸除灰、KOH浸渍一煅烧活化法制备CPAC，同时采用共沉淀法制备合成CPAC／A1．Ni(OH)复合电极材料，通过物理