Page 176 - 《精细化工》2020年第2期
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·378· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
从图 6a 可知,在 1.6 V 电压以下的 CV 曲线形
状基本保持不变,当电压增大到 1.8 V 时,高电压
的位置曲线出现了突增,说明测试电容器已经发生
极化现象 [21] 。因此,在最大电压 1.6 V 下对二电极
进行电化学测试。
图 6b 为电压范围为 0~1.6 V 时的 CV 曲线,扫
描速率从 10 mV/s 增加到 60 mV/s 时 CV 曲线最后
出现一段 直线,说明 在高速的离 子传输过程中
CC700-OH 来不及储存足够的电荷来完成放电 [22-23] 。
图 6c 为不同电流密度下 CC700-OH 的 GCD 曲
线,曲线形状与三电极测试结果基本一致。
图 6d 为比电容与电流密度的关系曲线。在电流
密度 1 A/g 时,比电容为 106 F/g,电流密度增加至
30 A/g 时,比电容为 48 F/g。由图 6d 可知,比电容
随电流密度增大而减小,电流密度增加 30 倍后电容
保持率约为 45%。
根据公式( 2)、(3)计算,当功率密度为
800 mW/g 时,能量密度为 37.3 mW·h/g,功率密度
图 6 CC700-OH//CC700-OH 在不同电压窗口下的 CV 曲 增加至 12000 mW/g 时,能量密度仍可保持 23.0
线(a);不同扫描速率下的 CV 曲线(b);不同电 mW·h/g。不同功率密度对应的能量密度记录在图
流密度下的 GCD 曲线(c);电流密度-比电容关系 6e 中。在 3 A/g 的电流密度下让二电极体系完成
曲线(d);功率密度-能量密度关系曲线(e);循 5000 次充放电循环后比电容仍然为初始值的 93%
环稳定性(f) (图 6f)。
Fig. 6 CV curves of CC700-OH//CC700-OH at different
voltage windows (a), CV curves at different scan 不同来源的生物质碳材料在不同电解质中的性
rate (b), GCD curves at different current density (c), 能比较见表 1。从表 1 可看出,CC700-OH 的能量密
current density-specific capacitance (d), power
density-energy density (e) and cyclic stability (f) 度具有明显的优势。
表 1 不同来源的生物质碳材料在不同电解质中的性能
Table 1 Performances of biomass carbon materials from different sources in different electrolytes
2
电极材料 活化剂 比表面积/(m /g) 电解液 比电容(电流密度)/(F/g) 能量密度/(mW·h/g) 参考文献
2
WC HNO 3 703.5 1 mol/L Na 2SO 4 285.6 (10 mA/cm ) 38.0 [24]
PCNs KOH 1431.0 1 mol/L Na 2SO 4 298.0(0.5 A/g) 21.0 [25]
d-d carbon 磷酸氢二铵(DHP) 807.7 2 mol/L KOH 240.0(0.5 A/g) 11.7 [26]
RHC KOH 1228.7 6 mol/L KOH 353.6(0.5 A/g) 11.6 [27]
CC700-OH KOH 476.71 6 mol/L KOH 540.0(1.0 A/g) 37.3 本文
注:WC 为木炭;PCNs 为多孔碳纳米片;d-d carbon 为双掺杂碳;RHC 为独特多孔叠层活性炭。
为 800 mW/g 时,能量密度为 37.3 mW·h/g;当功率密
3 结论 度增加至 12000 mW/g 时,能量密度仍可保持 23.0
mW·h/g。这些良好的性能说明这种材料有希望成为
本文以板栗壳为碳源,炭化后用 KOH 活化成
商业活性炭的替代品,本研究提出了一种绿色方法,
功制备了综合性能良好的电极材料 CC700-OH,并
以促进利用农业生物质废物制备可持续电极材料。
将它组装成对称的超级电容器。在三电极测试中,
电流密度 1 A/g 的比电容为 540 F/g,电流密度增加 参考文献:
30 倍后比电容为 262 F/g,在完成 8000 次充放电后
[1] PANDOLFO A G, HOLLENKAMP A F. Carbon properties and their
比电容仍可保持初始值的 80%,证实了 CC700-OH role in supercapacitors[J]. Journal of Power Sources, 2006, 157(1):
具有高稳 定 性和优异 的 倍率性能 。 CC700-OH// 11-27.
CC700-OH 在电流密度 1 A/g 的比电容为 106 F/g, [2] GONZALEZ-GARCIA P. Activated carbon from lignocellulosics
5000 次充放电后仍可保持初始值的 93%。当功率密度 precursors: A review of the synthesis methods, characterization