活性炭的電化學性能，能源問題是二十一世紀最顯著的全球性挑戰(zhàn)之一。全球?qū)δ茉垂�應和環(huán)境保護的需求急劇增加，迫使世界面臨經(jīng)濟危機。根據(jù)最近的報道，每年全球能耗約為4.1×10 20 J--其的80%來自不可再生的碳密集的化石燃料，包括煤，石油，天然氣。過度依賴燃燒化石燃料帶來許多環(huán)境問題，導致全球經(jīng)濟的負擔加重。隨著世界的不斷發(fā)展，能源需求迅速增長，而地球的不可再生能源總量相當有限。因此，安全性，實用性，可持續(xù)性和性能良好的顯影的能量轉換和存儲設備是必要為了滿足不斷增長的能源需求和減少對環(huán)境的應力。

　　電化學電容器近來引起了人們的極大興趣，由于其眾多的優(yōu)點，包括顯著的循環(huán)效率，期望的循環(huán)壽命，快速的充電/放電率和優(yōu)異的功率密度，以及它們在便攜式電子，混合電動汽車，和存儲器的備用設備。毫無疑問，活性炭雙層電容器的性能主要由其電極材料的類型和形式?jīng)Q定。基于各種形式，功能和活性炭的超級電容器的紋理電位電極材料的研究已經(jīng)報道了。在電極材料的超級電容器的視圖，集約受到人們的重視，以活性炭為材料，例如活性炭，石墨烯，碳納米結構如管和纖維，得自碳化物的碳，等等。

　　另外，活性炭具有更豐富的多孔結構，雜原子自摻雜，物理化學穩(wěn)定性和環(huán)保性等優(yōu)點的易于獲得和可再生的碳材料被廣泛應用于能源相關領域，以滿足能源供應的迫切需求。截至目前，各種活性炭材料已經(jīng)被極大地用作前體以獲得用于制造電容器研究，如堅果殼，椰殼，木質(zhì)，動物骨，纖維等。大多數(shù)報告稱，活性炭的能量儲存性能都超過其他非活性炭材料的儲能性能。

　　活性炭的電化學性能

　　將電極由5%的PTFE，10%的乙炔碳黑，和85%的活性炭。將所有材料均勻混合，然后在1.4MPa下壓在鎳泡沫基材上，然后在真空烘箱中在110℃下干燥12小時。每個集電器上的活性物質(zhì)的量約為4.7mg·cm -2。通過多孔膜分離的6M KOH電解質(zhì)水溶液組裝對稱雙電極電池。采用循環(huán)伏安法(CV)，恒電流充放電(GCD)和電化學阻抗光譜(EIS)測試來研究樣品的電容性能。在0.01Hz-100KHz的頻率范圍內(nèi)以5mV的幅度在開路電位下測量EIS光譜。所有的電化學測量在電化學工作站上進行。所有試驗均在室溫下進行。

　　活性炭的形態(tài)和結構

　　四個活性炭樣品(LSC-1-4)的XRD圖譜顯示沒有尖銳和強峰(如圖1所示)，表明所有活性炭樣品的非晶狀態(tài)。一方面，位于約23°的一個寬峰和位于44°的弱峰是無定形石墨碳的特征峰，表明LSC樣品的石墨化程度有限。另一方面，以44°為中心的弱峰的出現(xiàn)表明電導率的提高。特別地，LSC-1在44°處觀察到的較為尖銳的峰值表明，與其他樣品相比，LSC-1的石墨化程度提高。

　　活性炭的電化學表征

　　活性炭的幾個樣品等基于活性炭的超級電容器(SC-LSC)的電容性，LSC-3和LSC-4分別通過電化學技術序列進行評估，包括室溫下的CV，GCD和EIS測試。圖2表示不同掃描速率的四個SC-LSC的CV曲線，其電勢窗范圍為0至0.8V。如所看到的，所有超級電容活性炭在相對低的掃描速率下呈現(xiàn)具有矩形形狀的理想電容性能，即充電 - 放電過程中雙層電容器的典型性質(zhì)。即使在500 mV·s -1的高掃描速率下，如圖2所示d，SC-LSCs的CV曲線保持了伏安曲線的準矩形形狀，幾乎沒有變形，這可歸因于樣品的優(yōu)良的導電性和低質(zhì)量傳輸電阻。顯然，由于短離子通道和電解質(zhì)儲層的快速離子運輸源自活性炭樣品的分層孔結構。類似地，與其他樣品相比，超級電容活性炭由于理想的分層多孔結構和活性炭的高表面積而顯示出最高的電容值。

　　活性炭在碳化活化前基于不同的預處理，由纖維材料合成四種活性炭。所有制備的活性炭主要表現(xiàn)為微孔結構。發(fā)現(xiàn)通過ZnCl 2活化法制備的活性炭表現(xiàn)出最大的比表面積，并且在所有活性炭樣品中表現(xiàn)出最佳的電化學性能，其中0.1A·g 的電容為107.4F·g -1 -1在對稱的雙電極電池。這些活性炭基超級電容器的電容僅隨著電流密度大于1A·g -1而略有變化。所有超級電容器顯示出優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性，并且在1A·g -1的 5000次充放電循環(huán)后，LSC-1型超級電容器的電容保持在92.6%以上。這些結果表明，纖維材料可以被認為是通過合理設計制備具有高表面積和優(yōu)異電化學性質(zhì)的活性炭的良好候選物。

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