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1、活性泡沫炭用于超级电容器电极材料*发布时间：2010.05.25新闻来源：深圳市创天隆环保设备科技有限公司(电镀设备厂/电镀生产线/电镀槽/PP槽/PVC槽/PVDF槽/电解槽/化成槽/铝箔槽/不锈钢槽/电镀生产线/滚镀生产线/工业废气处理工程/废气处理净化塔/防腐过滤机/整流机/离心机/超声波清洗机及电镀周边设备摘 要: 以酚醛树脂、煤沥青泡沫炭为原料,经水蒸 气活化制得比表面积分别为961和953m2/g的活性泡 沫炭。采用扫描电镜、BET吸附仪、恒流充放电法和 循环伏安法对两种活性泡沫炭的结构进行了表征并研 究其充放电性能。结果表明,酚醛树脂泡沫炭在1.0 nm以下的
2、孔较煤沥青泡沫炭丰富。在1.0mA充放电 时,两者的充放电容量分别为106.28和105.1F/g,相 差不大,当充放电电流增大到50mA时,前者容量为 41.94F/g,后者为17.23F/g。可见,微孔的孔径分布 对充放电性能具有很大影响,增大微孔的孔径有利于 提高活性炭电极的充放电容量和功率。循环伏安法测 试表明在100mV/min扫描速率下酚醛树脂泡沫炭粉 的电化学窗口大于煤沥青泡沫炭粉。 关键词: 超级电容器;泡沫炭;孔结构;充放电性能 中图分类号: TM53文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2010)01-0165-04 1
3、引 言 超级电容器是性能介于电池与传统电容器之间的 一种新型储能元件,具有比功率高、循环性能好、可快 速充放电等优点,在电动汽车、航空航天、军事等领域 有广阔的应用前景[1,2]。 提高超级电容器性能的关键是寻找合适的电极材 料,目前研究较多的有炭材料、金属氧化物和导电聚合 物等单一电极材料以及复合电极材料[3,4]。关于炭电 极材料的研究集中体现在通过原料和工艺条件控制孔 结构、形态及电性能,从而得到低成本、高能量密度与 功率密度的电极材料[5,6]。 泡沫炭是将炭的有机前驱体经过发泡形成的具有 发达的三维网络孔隙的多孔炭材料,孔径主要是微米 级的孔[7]
4、。由于均匀的三维网络结构和泡壁尺寸,泡 沫炭便于水蒸气活化过程中的扩散,形成均匀的以微 孔为主的活性炭材料,这一过程有利于孔结构的控制 和生产成本的降低。 以煤焦油沥青和酚醛树脂为原料,通过发泡的方 法制备成多孔炭,再通过水蒸气活化提高其比表面积。 考察了具有丰富扩散通道的来自不同前驱体的活性泡 沫炭其孔结构对超级电容器充放电性能的影响。 2 试 验 2.1 泡沫炭原料 煤沥青基泡沫炭采用超临界方法从各向同性煤沥 青制得[7]。 酚醛树脂泡沫炭采用以下方法制得:将软化点为 210℃的热塑性酚醛树脂(上海杞南树脂厂2123型)加 入六次甲基四胺固化剂,
5、置于管式炭化炉中,在氮气保 护下,以5℃/min的速率升温至700℃,保温1h,得酚 醛树脂基泡沫炭。 2.2 活 化 将酚醛树脂基泡沫炭放置在活化炉中,在氮气保 护下以5℃/min升温到800℃后,以1.0ml/min水流 量进行常压活化2h。制得酚醛树脂基活性泡沫炭。 将煤沥青基泡沫炭放置在活化炉中,在氮气保护 下以5℃/min升温到850℃后,以1.0ml/min水流量 进行常压活化3h,制得煤沥青基活性泡沫炭。 所得两种基体活性泡沫炭研磨成粉,筛分后得到 粒径相近的样品。 2.3 活性炭的样品的表征 活性炭的形貌用Jeol-JSM56
6、00LV型扫描电子显 微镜(SEM)观察。 比表面积及孔结构参数由ASA P2020型物理自 动吸附仪测定,采用容量法以液氮为吸附介质,在低温 (77K)下测定。用BJH法计算得到样品的孔径分布曲 线。 2.4 活性炭电极的制备及超级电容器模型的组装 按85∶10:5的质量比称取活性炭电极材料、乙炔 黑导电剂和60%(质量分数)的聚四氟乙烯乳液,加入 适量蒸馏水,在玛瑙研钵中充分研磨,然后在5MPa下 将混合物压制在泡沫镍上,压制成厚度约为0.5mm、 直径为12.0mm的圆形膜片,干燥后编号称重,按照每 片膜片的质量计算活性炭的准确含量。 将电极片、隔膜和
7、电解液组装成电容器。隔膜为 聚丙烯微孔膜,电解液为1.5mol/L的KOH溶液。 2.5 比电容测试 使用上海正方电子仪器厂生产的DC-5型恒电流 电池测试仪和ZF-9循环伏安扫描仪对超级电容器进 行了电化学性能测试,控制扫描(充放电)电压在0~ 0.9V。 3 结果与讨论 3.1 活性炭的形貌与孔结构 图1所示分别为煤沥青基、酚醛树脂基活性泡沫 炭(以下分别简称为ACP和ACR)扫描电镜照片。活 性炭颗粒是由泡沫炭的泡壁断裂研磨而成,因此都保 留了泡沫炭的条带形结构,粒度比
