通過簡單的化學(xué)活化過程使見的農(nóng)作物廢料轉(zhuǎn)變成了活性炭(ac)。此外，使用活性炭作為陰極和市售的li 4 ti 5 o 12作為陽極制造高能量密度的鋰離子電容器(lic)。優(yōu)化的lic實現(xiàn)能量密度為79.6 w h kg -1，并且還能夠提供4 kw kg -1的高功率密度，遠遠高于其他活性炭作為陰極的類似結(jié)構(gòu)。此外，基于活性炭的lic顯示出巨大的循環(huán)性能，在2000次循環(huán)后保持85.2%的初始電容值。本研究為開發(fā)使用生物質(zhì)前體碳質(zhì)電極的高性能lic提供了新的途徑。這些結(jié)果使得活性炭成為未來能量儲存應(yīng)用的希望的候選者。
隨著*儲能市場的蓬勃發(fā)展，提出了緊急需求，滿足日益增長的應(yīng)用需求，從便攜式電子設(shè)備到不間斷電源系統(tǒng)(ups)和混合動力汽車(hev)。超級電容器(也稱為sc)和鋰離子電池(lib)目前被*為將來應(yīng)用的兩種有希望的能量存儲解決方案。在技??術(shù)上，lib的能量密度可達180 w h kg -1。盡管lib具有低功率密度，但是它們已經(jīng)在大多數(shù)功率性能達到能量特性的情況下找到了它們的位置。雖然超級電容器具有低能量密度(小于10w h kg -1)，但它可以提供更高的功率密度(約10kw kg -1)比電池。普遍認為，超級電容器將起到重要作用，如果不能*替代，可以在儲能領(lǐng)域補充電池。
容易批量生產(chǎn)的高性能電極材料是超級電容器被市場廣泛接受的先決條件。在過去十年中，從活性炭到cnt的碳基材料已經(jīng)被廣泛研究用作用于電化學(xué)超級電容器中的電極材料。最近，使用低聚物鹽作為前體制備活性炭來作為lic的電極材料，許多其他研究人員通過采用不同種類的聚合物合成各種碳材料。然而，來自各種來源(包括生物質(zhì)和有機聚合物)的大多數(shù)活性炭在非水電解質(zhì)中表現(xiàn)出相對較低的容量(?50ma hg -1)。然而，大多數(shù)來自聚合物的碳的研究涉及昂貴的聚合物，繁瑣的過程通常對健康有害。實際上，這些低容量含碳材料幾乎沒有商業(yè)化的潛力。在本研究中，我們首先通過lic應(yīng)用的高溫熱解和活化的簡單步驟展示了高容量的大表面積的活性炭。更具體地說，在市售的尖晶石相l(xiāng)i 4 ti 5 o 12作為陽極的情況下，將用于lic組裝中的陰極的活性炭(ac)作為陽極，在未來的儲能應(yīng)用中具有競爭力。
使用電子顯微鏡(tem)和掃描電子顯微鏡(sem)來確定活性炭的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。圖1顯示了活性炭的sem和tem圖像。樣品包括大密度的相互連接的微孔以及大孔。活性炭的n 2吸附-解吸等溫線和孔徑分布(psd)如圖2所示。顯然，介孔/大孔可以促進質(zhì)量傳遞，從而確保電容器的功率性能。此外，充足的微孔的存在可以有效地增加電荷儲存的活性位點。發(fā)現(xiàn)從n 2吸附 - 解吸等溫線獲得的活性炭的bet比表面積為?2646m 2 g -1，證實存在豐富的微孔。微孔體積為1.50cm 3 g -1，如從psd的圖確定的?；诨钚蕴康陌腚姵匦阅?，活性炭與lto的優(yōu)化質(zhì)量比約為2 ：1。然而，在實驗過程中，通過改變電極涂層的厚度間接控制質(zhì)量負載。因此，用具有不同質(zhì)量密度的材料準確地確定電極的質(zhì)量負載是不切實際的。
活性炭的循環(huán)壽命對實際應(yīng)用具有重要意義，因此，以2 a g -1的電流密度確定所得活性炭// lto lic的循環(huán)曲線。如圖3所示，活性炭// lto lic在2000次循環(huán)后保持原值的85.2%。經(jīng)過2251次循環(huán)，達到原值的79.01%?？紤]到鋰離子電池經(jīng)常持續(xù)不到1000個循環(huán)，這些結(jié)果是可以忍受的。此外，可接受的衰減主要源自市售的li 4 ti 5 o 12的固有性質(zhì)。這個問題可以通過諸如活性炭涂層的各種方法來緩解或?qū)to與其他材料如石墨烯和碳納米纖維集成。
綜上所述，以活性炭為陰極，以商業(yè)li 4 ti 5 o 12為陽極構(gòu)建高能密度lic 。優(yōu)化的lic 在200 w kg -1下的能量密度為79.6 w h kg -1，遠高于一般活性炭基配置和使用碳質(zhì)材料作為陰極和lto作為陽極的類似結(jié)構(gòu)?；诨钚蕴康膌ic還能夠提供4 kw kg -1的高功率密度，這是鋰離子充電電池的兩倍(<2 kw kg -1)。本研究為開發(fā)高能量密度lic的農(nóng)業(yè)廢棄物高表面積活性炭的開發(fā)提供了新的途徑。此外，結(jié)果使活性炭成為未來能源儲存應(yīng)用的希望的候選者。
關(guān)鍵詞：活性炭 電容器 電子設(shè)備 電池 電子顯微鏡