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高效锌离子混合电容器用煤基多孔炭电极材料
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作者 丁雷 黄秀丽 +4 位作者 王璐璐 许茂东 任一鸣 霍朝飞 刘欢 《材料工程》 北大核心 2025年第7期212-220,共9页
基于我国“富煤、贫油、少气”资源现状,发展煤制多孔炭电极材料技术可加快煤炭清洁高效利用转型及“双碳”目标的实现。本研究以神木烟煤为碳源,KOH为活化剂,通过一步活化策略,制备了煤基多孔炭材料。结果表明:制备的煤基多孔炭具有发... 基于我国“富煤、贫油、少气”资源现状,发展煤制多孔炭电极材料技术可加快煤炭清洁高效利用转型及“双碳”目标的实现。本研究以神木烟煤为碳源,KOH为活化剂,通过一步活化策略,制备了煤基多孔炭材料。结果表明:制备的煤基多孔炭具有发达的分级孔道结构(比表面积为2094.5 m^(2)·g^(-1),孔容为0.96 cm^(3)·g^(-1)),丰富的石墨化微晶,N、O杂原子共掺杂及良好的亲水性。以制备的煤基多孔炭为正极,2 mol·L^(-1) ZnSO_(4)水溶液为电解质,Zn箔为负极,组装的扣式锌离子混合电容器在0.1 A·g^(-1)电流密度下比容量高达178.7 mAh·g^(-1);当电流密度放大200倍至20 A·g^(-1)时,比容量仍维持89.2 mAh·g^(-1),展现了优异的倍率性能;最大能量密度和功率密度分别为142 Wh·kg^(-1)和16854.9 W·kg^(-1)。此外,以明胶@ZnSO_(4)为凝胶电解质构建的准固态锌离子混合电容器同样显示出卓越的电化学性能,并具有良好的柔韧性。 展开更多
关键词 煤炭 多孔炭 分级孔道结构 电化学 锌离子混合电容器
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锌离子混合电容器正极用稻壳/煤沥青基分级多孔碳
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作者 彭国栋 朱傲阳 +2 位作者 朱怡全 李勇 何孝军 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期86-94,共9页
锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性和长循环稳定性等众多优势而受到研究者越来越多的关注。然而,尽管ZHCs有这些优势,它的发展仍然处于早期阶段,面临一系列挑战,例如,电极枝晶的生长以及能量密度仍不尽人意。因此,开发合理匹... 锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性和长循环稳定性等众多优势而受到研究者越来越多的关注。然而,尽管ZHCs有这些优势,它的发展仍然处于早期阶段,面临一系列挑战,例如,电极枝晶的生长以及能量密度仍不尽人意。因此,开发合理匹配的电极材料极为关键。多孔碳材料具有价格低廉、孔隙率高、性能稳定等优点,成为ZHCs潜在的正极材料之一。然而,传统的多孔碳材料低的电导率和不合适的孔径分布,限制了其在ZHCs中的应用。通过原料选取和结构设计有望解决上述问题。以稻壳和煤沥青为碳源,采用KCl、MgO双模板耦合K_(2)CO_(3)活化法制备了稻壳/煤沥青基分级多孔碳材料(HPC/RHC_(x))。制得的HPC/RHC_(6)具有互相连接的纳米囊状结构、较大的比表面积(1234 m^(2)/g)和层次孔结构。当作为ZHCs的正极材料时,HPC/RHC_(6)展现了优异的储锌性能,在0.1 A/g的电流密度下,HPC/RHC_(6)的比容量达125.3 mA·h/g、在115.4 W/kg的功率密度下,能量密度为92.4 W·h/kg,且在5 A/g的电流密度下经过10000次循环充放电后,容量保持率为99.9%,展现了优异的循环稳定性。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 正极材料 煤沥青 多孔碳 性能
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聚乙烯醇基凝胶聚合物电解质的制备及在锌离子混合电容器中的应用
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作者 左丹英 王静静 +2 位作者 杨赫 许静 张宏伟 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期157-163,共7页
锌离子混合电容器(ZIHC)兼有电池高能量密度和电容器高功率密度的特点,是下一代能源存储设备的有力竞争者,但电池型阴极-电容型阳极ZIHC的研究中使用的多为电解质溶液,容易泄漏而导致安全风险。针对这一问题,文中以纤维素、羟乙基纤维... 锌离子混合电容器(ZIHC)兼有电池高能量密度和电容器高功率密度的特点,是下一代能源存储设备的有力竞争者,但电池型阴极-电容型阳极ZIHC的研究中使用的多为电解质溶液,容易泄漏而导致安全风险。针对这一问题,文中以纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇为原料,通过冷冻-解冻和电解液吸收的方法,快速制备了具有蜂巢状的三维网络形貌的凝胶聚合物电解质(GPE)。优化的GPE不仅具有良好力学性能(拉伸强度0.24 MPa、断裂伸长率289%),而且表现出较高的离子电导率(58.5 mS/cm)。使用GPE、二氧化锰阴极和活性炭阳极组成的ZIHC,其比电容和能量密度分别为31.5 F/g和15.0 Wh/kg,2 A/g充放电循环1.5×104次后比电容保持率约80%,展示出GPE在ZIHC领域中潜在的应用价值。原料环保和方便快捷的制备方法为能量存储和柔性可穿戴电子领域应用的GPE研究提供了新的思路。 展开更多
关键词 聚乙烯醇 凝胶聚合物电解质 锌离子混合电容器
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基于三维多孔活性炭构筑安全、高性能以及长循环寿命的锌离子混合电容器 被引量:7
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作者 赵攀 杨兵军 +3 位作者 陈江涛 郎俊伟 张天芸 阎兴斌 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第2期150-156,共7页
可充电水系锌离子电池因成本低、环境友好等优点,已经成为目前电化学储能领域的研究热点之一。然而锌离子电池中高容量、长循环寿命的阴极材料的开发仍然是一大难题。为了解决这一问题,本文中通过直接利用锌片做阳极和集流体,采用高比... 可充电水系锌离子电池因成本低、环境友好等优点,已经成为目前电化学储能领域的研究热点之一。然而锌离子电池中高容量、长循环寿命的阴极材料的开发仍然是一大难题。为了解决这一问题,本文中通过直接利用锌片做阳极和集流体,采用高比表面积的三维多孔活性炭(3DAC)做阴极构筑了一种锌离子混合电容器(ZIHC)。该ZIHC器件表现出了优异的电化学性能,具有目前文献报道的ZIHC最高的213 mAh·g-1比容量,展示出164Wh·kg-1的高能量密度和9.3kW·kg-1的高功率密度以及优异的循环稳定性(10 A·g-1下循环20000圈之后,容量保持率为90%,库伦效率接近100%)。我们认为这种采用高比表、三维多孔活性炭(3DAC)做阴极构筑的安全、高性能以及长寿命的水系锌离子混合电容器将为下一代高性能储能器件的开发提供新的研究思路。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 三维多孔活性炭 能量密度 功率密度 长循环寿命
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MXene基纳米材料在高性能水系锌离子混合电容器中的研究进展 被引量:4
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作者 张明慧 徐文 +1 位作者 武丽莎 董琰峰 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期508-526,共19页
水系锌离子混合电容器(ZHCs)具有本征安全、低成本的优点,在大规模储能领域中具有广阔的应用前景。然而,传统的多孔炭正极具有不理想的孔结构,难以实现有效的锌离子的存储和扩散,此外锌箔负易遭受枝晶和副反应,因此传统ZHCs常表现出较... 水系锌离子混合电容器(ZHCs)具有本征安全、低成本的优点,在大规模储能领域中具有广阔的应用前景。然而,传统的多孔炭正极具有不理想的孔结构,难以实现有效的锌离子的存储和扩散,此外锌箔负易遭受枝晶和副反应,因此传统ZHCs常表现出较低的能量密度和较短的循环寿命,严重制约其实际应用。二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有高导电基体和丰富表面官能团,为构筑ZHCs用高容量正极和长循环锌负极提供了新机遇。本文系统总结了高性能ZHCs用MXene基纳米材料的最新进展,先简要介绍了ZHCs的基础知识如工作原理和关键电化学参数,随后详细阐述了高性能ZHCs用MXene基正极(纯MXene、插层MXene、掺杂MXene、MXene基杂化材料(MXene/金属硫化物、MXene/炭、MXene/聚合物))和负极的研究进展,最后简要讨论了MXene基纳米材料在下一代ZHCs应用中的挑战和展望。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 MXene 正极 负极
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烯碳材料用于锌离子混合电容器的研究进展 被引量:2
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作者 周伊静 罗金荣 +2 位作者 邵妍妍 夏洲 邵元龙 《新型炭材料(中英文)》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期918-935,共18页
随着可穿戴电子设备的出现,诸如锌离子混合电容器等绿色储能器件,因其具有安全性高、稳定性好、成本低、功率密度高、能量密度大的特点,从而受到了广泛的关注。对于锌离子混合电容器,烯碳材料(主要包括石墨烯和碳纳米管)由于其卓越的导... 随着可穿戴电子设备的出现,诸如锌离子混合电容器等绿色储能器件,因其具有安全性高、稳定性好、成本低、功率密度高、能量密度大的特点,从而受到了广泛的关注。对于锌离子混合电容器,烯碳材料(主要包括石墨烯和碳纳米管)由于其卓越的导电性和良好的机械稳定性,被认为是一种十分有前景的材料。在此,作者对用于锌离子混合电容器的烯碳基材料的改性策略进行了全面的综述,并对锌离子混合电容器的储能机理、锌阳极和电解液进行了简要总结。最后,还对锌离子混合电容器的未来研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 烯碳材料 碳纳米管 石墨烯
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基于含锂电解液的高性能锌离子混合电容器
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作者 邓晓阳 王孝广 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2022年第3期493-499,共7页
以煤沥青衍生的多孔碳作为正极材料组装了高性能锌离子混合电容器。该碳正极材料的多级孔结构有利于电解液快速扩散,同时丰富的氮氧元素掺杂为锂离子和锌离子的化学吸脱附提供了反应位点,进而贡献了额外的赝电容容量。更重要的是,通过... 以煤沥青衍生的多孔碳作为正极材料组装了高性能锌离子混合电容器。该碳正极材料的多级孔结构有利于电解液快速扩散,同时丰富的氮氧元素掺杂为锂离子和锌离子的化学吸脱附提供了反应位点,进而贡献了额外的赝电容容量。更重要的是,通过添加硫酸锂优化电解液,改善了锌电极沉积和溶解过程的可逆性和稳定性,并加快了反应过程中的离子扩散速度,从而提升了器件的倍率性能和循环稳定性。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 多孔碳 电解液 负极
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香蒲衍生的生物炭制备及其在锌离子混合超级电容器中的性能研究
8
作者 陈小英 陈元 +7 位作者 贾亚鹏 朱雯 陈亿 王艺龙 赵嘉伟 王堙 谢昆 陈星 《现代化工》 北大核心 2025年第S2期242-247,252,共7页
生物质衍生的生物炭具有比表面积大、孔道结构丰富的特点,在电化学能源存储领域具有广泛的应用。以香蒲为原料,KOH为活化剂,通过预炭化和化学活化两步法制备香蒲衍生的生物炭材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱... 生物质衍生的生物炭具有比表面积大、孔道结构丰富的特点,在电化学能源存储领域具有广泛的应用。以香蒲为原料,KOH为活化剂,通过预炭化和化学活化两步法制备香蒲衍生的生物炭材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱对样品进行表征及BET比表面积分析,研究不同活化温度对多孔炭形貌结构的影响及其在锌离子混合超级电容器中的应用。结果显示,在900℃下制备的生物炭BC-900具有大的比表面积(1 562.8 m^(2)/g)和适宜的微孔结构,有利于提高材料与电解液之间的接触面积以及电解质离子的嵌入和脱出,提高电化学性能。以BC-900组装的锌离子混合超级电容器(ZIHSs-900)在0.1 A/g电流密度下的比电容为192.2 F/g,在10 A/g时的倍率性能为27.0%;在5 A/g下循环38 000圈后,电容保持率可达91.9%,具有优异的稳定性。 展开更多
关键词 香蒲 生物质炭 微孔 离子混合超级电容器
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P掺杂Co_(9)S_(8)@VS_(2)纳米管阵列的制备及其水性锌离子混合超级电容器性能研究 被引量:2
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作者 张浩 刘梦洁 +1 位作者 钱惠 张惠 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期3136-3145,共10页
近年来,二硫化钒(VS_(2))作为一种具有二维层状结构的高表面活性的过渡金属硫化物而广泛地应用在锌离子电池(ZIBs)正极材料中。然而,VS_(2)的生长堆叠问题和低能量密度严重阻碍了其在储能设备中的应用。通过在Co_(9)S_(8)纳米管阵列(NT... 近年来,二硫化钒(VS_(2))作为一种具有二维层状结构的高表面活性的过渡金属硫化物而广泛地应用在锌离子电池(ZIBs)正极材料中。然而,VS_(2)的生长堆叠问题和低能量密度严重阻碍了其在储能设备中的应用。通过在Co_(9)S_(8)纳米管阵列(NTAs)表面包覆生长P掺杂VS_(2)纳米片的方式构建一种具有核壳异质结构的Co_(9)S_(8)@P-VS_(2) NTAs,从而有效地避免了大块VS_(2)纳米片的堆积生长,使得层状VS_(2)被分散包覆在纳米管的表面;而且P掺杂增强了Co_(9)S_(8)纳米管与VS_(2)纳米之间异质结的导电性,提升了其比容量,进而提高了能量密度。因此,得益于纳米核壳结构与P掺杂改性的协同作用,制备的Co_(9)S_(8)@P-VS_(2) NTAs在作为电容型正极与电池型锌负极组装成新型的锌离子混合超级电容器(ZHSCs)后获得了优异的电化学储能性能。前驱液中的磷源加入量为30μL/35 mL,2 mol/L ZnSO_(4)水系电解质中,Co_(9)S_(8)@P-VS_(2) NTAs(Co_(9)S_(8)@P-VS_(2)-30 NTAs)获得了一个高达6.72 F/cm^(2)的超高面积比电容(电流密度:2 mA/cm^(2)),远高于Co_(9)S_(8)@VS_(2) NTAs(2.98 F/cm^(2));在1.6 W/cm^(2)的功率密度下,其能量密度可以达到2.39 mWh/cm^(2);并且在1000个循环充放电后,其面积比容量仍能保持为初始比电容的74.26%,具有良好的循环稳定性。 展开更多
关键词 VS_(2) Co_(9)S_(8) P掺杂 过渡金属硫化物 核壳异质结构 离子混合超级电容器
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氮氧共掺杂多孔炭的制备及其锌离子混合超级电容器性能研究 被引量:3
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作者 曹恩德 张苗苗 +2 位作者 刘海龙 谢瑞伦 田誉娇 《燃料化学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期544-553,共10页
本研究以价格低廉、来源广泛的煤沥青作为炭前驱体、尿素作为氮源和模板、氢氧化钠作为活化剂,通过结合模板法与化学活化法成功制备了具有纳米片状结构的氮氧共掺杂的多孔炭材料。多孔炭电极在0.05 A/g时最大比容量高达255.5 mA·h... 本研究以价格低廉、来源广泛的煤沥青作为炭前驱体、尿素作为氮源和模板、氢氧化钠作为活化剂,通过结合模板法与化学活化法成功制备了具有纳米片状结构的氮氧共掺杂的多孔炭材料。多孔炭电极在0.05 A/g时最大比容量高达255.5 mA·h/g,在电流密度为1 A/g时,放电比容量达到78 mA·h/g。经过12000次循环,容量保持率仍有72.4%,并且能量密度最高达到99.6 W·h/kg,展现出作为正极材料的巨大潜力。以煤沥青为原料制备的氮氧共掺杂多孔炭材料作为锌离子混合超级电容器的正极材料表现出了优异的电化学性能。 展开更多
关键词 离子混合超级电容器 煤沥青 多孔炭 氮氧共掺杂 电极材料
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碳基锌离子电容器正负极间距对其电化学性能的影响 被引量:1
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作者 胡鹏云 张馨壬 +2 位作者 罗先游 黄红琳 陈永 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期200-206,281,共8页
本研究通过增加隔膜层数来增加正负极的间距以提高锌离子混合超级电容器(ZIC)的循环寿命,并计算出相应的枝晶生长速率。结果表明,四层隔膜的ZIC在1 A·g^(-1)的电流密度下,循环寿命可达20000圈,充放电时长达170 h,是单层隔膜的200... 本研究通过增加隔膜层数来增加正负极的间距以提高锌离子混合超级电容器(ZIC)的循环寿命,并计算出相应的枝晶生长速率。结果表明,四层隔膜的ZIC在1 A·g^(-1)的电流密度下,循环寿命可达20000圈,充放电时长达170 h,是单层隔膜的200倍。正负极间距会导致ZIC的比容量变化。当电流密度为0.1 A·g^(-1)时,单层隔膜,双层隔膜,三层隔膜,四层隔膜的比电容分别为262,230,218和207 F·g^(-1)。当电流密度为10 A·g^(-1)时,不同层数隔膜的比电容分别为90,75,68和42 F·g^(-1)。由于正负极间距的增加,延缓了锌枝晶生长刺穿隔膜的时间,从而大大提高了ZIC的循环寿命。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 隔膜 枝晶 电容
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N/O/P共掺杂三聚氰胺基多孔碳材料的制备及储锌性能研究
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作者 李朋娟 邹振羽 +3 位作者 黄鹏飞 金鑫 吴晓雨 李晓丽 《材料导报》 北大核心 2025年第2期245-251,共7页
以三聚氰胺(Melamine)、六对醛基苯氧基环三磷腈(HAPCP)为原料,采用水热法制备富含氮、磷、氧元素的交联产物,通过炭化-活化法制备碳基材料,将其用作锌离子混合电容器的阴极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(X... 以三聚氰胺(Melamine)、六对醛基苯氧基环三磷腈(HAPCP)为原料,采用水热法制备富含氮、磷、氧元素的交联产物,通过炭化-活化法制备碳基材料,将其用作锌离子混合电容器的阴极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸-脱附实验(N2adsorption-desorption)对碳基材料的形貌、结构以及化学成分进行表征分析。测试结果表明:碳基材料表面多孔粗糙,具有无定形碳结构,且含有氮、磷和氧原子。HAPCP与三聚氰胺物质的量比为1∶5且活化温度为800℃的碳基材料(HMAc-800)在0.5 A·g^(-1)电流密度下的比电容高达390 F·g^(-1)。以HMAc-800为阴极、锌片为阳极组装的锌离子混合电容器在能量密度139 Wh·kg^(-1)时功率密度达456 W·kg^(-1),具有良好的储能能力。 展开更多
关键词 三聚氰胺 碳基材料 电化学性能 锌离子混合电容器
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银杏果壳基多孔碳材料的制备及储锌特性研究
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作者 胡燕辉 孙雅怡 +2 位作者 王右军 李欣 盛喆 《电源技术》 北大核心 2025年第10期2148-2155,共8页
碳材料作为锌离子混合电容器最常用的正极材料,对器件性能至关重要。以银杏果壳为原料,通过预碳化-KOH活化两步热解法成功制备了三维多孔碳材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站等对材料的形貌特征、微观结构以及电化... 碳材料作为锌离子混合电容器最常用的正极材料,对器件性能至关重要。以银杏果壳为原料,通过预碳化-KOH活化两步热解法成功制备了三维多孔碳材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站等对材料的形貌特征、微观结构以及电化学性能进行了分析。结果表明,所制备的银杏果壳基碳材料具有相互连通孔道结构的3D块状结构,以及微孔为主同时具有一定量介孔/大孔的层次孔结构。所组装的锌离子混合电容器在比功率为203.39 W/kg时,能输出高达189.83 Wh/kg的比能量,并且在比功率为11172.41 W/kg时,仍能保持106.76 Wh/kg的比能量。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 银杏果壳基碳材料 层次孔结构
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三维氮掺杂分级多孔碳纳米片的制备及储锌性能
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作者 何军 朱傲阳 +3 位作者 魏雨晨 朱怡全 蒋莉 何孝军 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期133-144,共12页
以MgO@ZIF-8为双模板和辅助碳源,KHCO_(3)为活化剂,煤沥青(CTP)为碳源,制备了三维氮掺杂分级多孔碳纳米片(N-CNs),探究了KHCO_(3)与CTP的质量比对N-CNs的结构、化学组成和锌离子储存性能的影响.结果表明,当KHCO_(3)与CTP的质量比为3∶1... 以MgO@ZIF-8为双模板和辅助碳源,KHCO_(3)为活化剂,煤沥青(CTP)为碳源,制备了三维氮掺杂分级多孔碳纳米片(N-CNs),探究了KHCO_(3)与CTP的质量比对N-CNs的结构、化学组成和锌离子储存性能的影响.结果表明,当KHCO_(3)与CTP的质量比为3∶1时,制备的样品(N-CN_(3))具有三维互连的碳纳米片结构、高比表面积(2360m^(2)/g)和吡咯氮含量.将N-CN_(3)作为锌离子混合电容器(ZHCs)正极时,其在2mol/LZnSO_(4)电解液中展现了出色的比容量(当电流密度为0.2A/g时,比容量为157.6mA·h/g)、高的能量密度(在176.1W/kg功率密度下能量密度为126.5 W·h/kg)和优异的循环稳定性(当电流密度为5 A/g时,经过20000次循环后容量仅衰减6.4%,库仑效率为99.6%).密度泛函理论计算结果证实,吡咯氮掺杂增加了电极材料对锌离子的吸附能,提高了N-CNs对锌离子的吸附容量. 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 煤沥青 多孔碳 MgO@ZIF-8 密度泛函理论计算
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植物纤维基炭纸的制备及其性能
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作者 张永明 韩立新 +2 位作者 陈萧 戴磊 龙柱 《化工新型材料》 北大核心 2025年第3期115-121,共7页
以多种植物纤维为原料,通过湿法抄纸及炭化处理,制成相应的植物纤维基炭纸。探讨了原材料种类、碳纤维中石墨结构的缺陷程度和有序度、碳纤维内部孔径的大小对植物纤维基碳纤维强度的影响,并通过炭化前添加阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)探讨了... 以多种植物纤维为原料,通过湿法抄纸及炭化处理,制成相应的植物纤维基炭纸。探讨了原材料种类、碳纤维中石墨结构的缺陷程度和有序度、碳纤维内部孔径的大小对植物纤维基碳纤维强度的影响,并通过炭化前添加阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)探讨了CPAM对碳纤维强度影响。结果表明:原材料种类是决定植物纤维基碳纤维内部结构的根本因素;炭化前添加CPAM能够改善碳纤维内部结构进而提升碳纤维的强度,并且制得炭纸的炭得率和抗张强度也得到提升。将制备的炭纸作为锌离子混合电容器(ZIHCs)自支撑正极,在1A/g的电流密度下,循环3000次后,容量保持率为80%,所制备炭纸的强度能够满足ZIHCs电极需要。 展开更多
关键词 植物纤维 碳纤维 炭纸 强度 锌离子混合电容器
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双炭复合材料的制备及电化学性能研究
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作者 张永明 韩立新 +3 位作者 李志强 陈萧 戴磊 龙柱 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期10088-10094,共7页
酚醛树脂是一种成本低、含碳量丰富的常用炭前驱体。然而,酚醛树脂热解炭具有结构规定性较高、层间空间较小的特点,导致电化学储锌能力较差。具有分级多孔结构的植物纤维衍生炭是实现电解质快速扩散和提高电容器性能的理想材料。在此,... 酚醛树脂是一种成本低、含碳量丰富的常用炭前驱体。然而,酚醛树脂热解炭具有结构规定性较高、层间空间较小的特点,导致电化学储锌能力较差。具有分级多孔结构的植物纤维衍生炭是实现电解质快速扩散和提高电容器性能的理想材料。在此,以漂白针叶木浆作为纤维原料、酚醛树脂粉末作为填料,采用湿法造纸技术和热解炭化工艺成功制备了由针叶木纤维衍生炭和酚醛树脂热解炭构成的炭复合材料,并将其用作锌离子混合电容器自支撑正极材料。研究表明,针叶木纤维衍生炭赋予电极较高的比容量;酚醛树脂热解炭能够提高电极的循环稳定性。所组装的电容器具有优异的倍率性能和循环稳定性。在1 A/g的电流密度下的初始比容量为101.0 mAh/g,经过2500次循环以后,比容量为91.0 mAh/g,容量保持率为90%。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 针叶木纤维衍生炭 酚醛树脂热解炭 自支撑正极材料
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Metal-organic framework-derived porous carbon for the advanced aqueous zinc-ion hybrid capacitor
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作者 LIU Wei-fang HU Zi-han ZHANG Qi 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2268-2279,共12页
Aqueous zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs)are considered one of the most promising electrochemical energy storage systems due to their high safety,environmental friendliness,low cost,and high power density.However,the ... Aqueous zinc ion hybrid capacitors(ZIHCs)are considered one of the most promising electrochemical energy storage systems due to their high safety,environmental friendliness,low cost,and high power density.However,the low energy density and the lack of sustainable design strategies for the cathodes hinder the practical application of ZIHCs.Herein,we design the N and O co-doped porous carbon cathode by annealing metal-organic framework(ZIF-8).ZIF-8 retains the original dodecahedral structure with a high specific surface(2814.67 m^(2)/g)and I_(G)/I_(D) ratio of 1.0 during carbonization and achieves self-doping of N and O heteroatoms.Abundant defect sites are introduced into the porous carbon to provide additional active sites for ion adsorption after the activation of carbonized ZIF-8 by KOH treatment.The ZIHCs assembled with modified ZIF-8 as the cathode and commercial zinc foil as the anode show an energy density of 125 W∙h/kg and a power density of 79 W/kg.In addition,this ZIHCs device achieves capacity retention of 77.8%after 9000 electrochemical cycles,which is attributed to the diverse pore structure and plentiful defect sites of ZIF-8-800(KOH).The proposed strategy may be useful in developing high-performance metal-ion hybrid capacitors for large-scale energy storage. 展开更多
关键词 zinc ion hybrid capacitor CATHODE metal-organic framework(ZIF-8) KOH activation
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氮磷掺杂生物质介孔炭的合成及其电化学性能 被引量:2
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作者 张博 李想 +1 位作者 刘伟 李晓丽 《林产化学与工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期56-62,共7页
以桉木木质纤维素作原料,六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂,NaOH作为共活化剂,采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料,采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明:活化温... 以桉木木质纤维素作原料,六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂,NaOH作为共活化剂,采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料,采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明:活化温度650℃下得到的样品(NPC-650)具有丰富的蜂窝状孔隙结构,平均孔径为5.18 nm,介孔体积比89%。用介孔炭NPC-650作为阴极材料组装成锌离子混合电容器,在0.2 A/g电流密度下比电容为194 F/g,能量密度为87.3(W·h)/kg,功率密度为179.5 W/kg,在10 A/g电流密度下充/放电5000次,电容保持率98.9%。 展开更多
关键词 木质纤维素 介孔炭材料 锌离子混合电容器
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生物质亲水多孔炭的制备及其储能行为研究 被引量:1
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作者 刘欢 姜路 +3 位作者 余艳玲 黄秀丽 许茂东 任一鸣 《林产化学与工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期117-124,共8页
以废弃的一次性竹筷为碳源,经NaOH与Na_(2)SO_(3)混合液预处理后,通过直接热解法并用去离子水洗涤后,制备了竹基多孔炭,并对其表面形貌、比表面积、孔道结构和表面润湿性进行了表征分析。研究结果表明:相比去离子水预处理的竹基多孔炭(P... 以废弃的一次性竹筷为碳源,经NaOH与Na_(2)SO_(3)混合液预处理后,通过直接热解法并用去离子水洗涤后,制备了竹基多孔炭,并对其表面形貌、比表面积、孔道结构和表面润湿性进行了表征分析。研究结果表明:相比去离子水预处理的竹基多孔炭(PC-H),NaOH和Na_(2)SO_(3)混合液预处理的竹基多孔炭(PC-Na)具有高比表面积(1434 m^(2)/g)、发达的孔道结构(0.69 cm^(3)/g)和较高的亲水性(与水接触角约53.5°)。以制备的竹基多孔炭PC-Na为正极,组装的水系锌离子混合电容器(ZIHSC)在电流密度0.2 A/g时,比电容可达75.6(mA·h)/g;当电流密度增大到50倍时,比电容保持率为52%,表现出优异的倍率性能;能量密度最高可达59.3(W·h)/kg,功率密度最高可达7.6 kW/kg。在电流密度5 A/g下,经过5000次充/放电循环比电容仅衰减2.7%,具有优异的循环稳定性。 展开更多
关键词 生物质 多孔炭 电化学 锌离子混合电容器 筷子废弃物
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氮掺杂纳米碳包覆MnO复合材料的制备与电化学性能 被引量:1
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作者 任昊 李天鹏 +1 位作者 张晓峰 赵斌 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期53-60,共8页
利用静电引力在MnO_(2)纳米线表面吸附盐酸处理的三聚氰胺(H-melamine),H-melamine和MnO_(2)纳米线的质量比分别为1∶1,3∶1,5∶1,然后进行退火以制备氮掺杂纳米碳包覆MnO(MnO@N-C)复合材料,研究了复合材料的物相组成、微观结构和电化... 利用静电引力在MnO_(2)纳米线表面吸附盐酸处理的三聚氰胺(H-melamine),H-melamine和MnO_(2)纳米线的质量比分别为1∶1,3∶1,5∶1,然后进行退火以制备氮掺杂纳米碳包覆MnO(MnO@N-C)复合材料,研究了复合材料的物相组成、微观结构和电化学性能。结果表明:退火处理使得MnO_(2)纳米线和包覆在其表面的H-melamine分别转变为MnO及氮掺杂碳材料,得到的MnO@N-C复合材料呈现串珠状形貌;当H-melamine与MnO_(2)纳米线的质量比为3∶1时,复合材料的电化学性能最佳,在1 A·g^(-1)电流密度下表现出1050 F·g^(-1)的超高比电容,并且在3 A·g^(-1)电流密度下经6000次充放电循环后具有75%的容量保持率。以复合材料为正极、活性炭为负极组装的锌离子混合超级电容器的工作电压范围可达0~2.0 V,且表现出72 W·h·kg^(-1)的能量密度;在3 A·g^(-1)的电流密度下经过5000次循环后,超级电容器仍能保持88%的初始比电容。 展开更多
关键词 MnO@N-C复合材料 碳包覆 氮掺杂 离子混合超级电容器
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