从竹掺杂碳超级电容器材料

来自加拿大的一个研究小组和中国最近开发出一种新方法利用掺杂碳来自竹子在碳化硅和氮基超级电容器。这一研究发表在化学工程杂志。

研究:Bamboo-derived本质上与碳化硅和氮掺杂碳材料柔性超级电容器。图片来源:OHishiapply / Shutterstock.com

碳的主材料在超级电容器的电极

在各种能源存储系统,超级电容器有前途的候选人为能源存储设备,由于出色的充电/放电能力,高功率密度,和特殊的稳定。

碳材料是高可用亚博网站下载性和成本效益的电极材料,特别是对于电化学双层电容器极板)因其高的表面,有效的电荷存储能力,良好的孔隙大小分布对离子的快速分层体系结构,相对温和的导电性,化学和热稳定性。

他们提供一个优秀的平台,导致杂原子或官能团和缺陷来提高活动网站的有效电荷存储和有效调制的电子和化学特征。

竹子:天然来源的碳材料亚博网站下载

随着环境问题越来越多,bio-renewable碳材料以及非复杂的合成路线是高度。亚博网站下载天然竹子得到了实质性的关注由于牵一发而动全身的离子通道,固有的二氧化硅内容,和氮含量官能团常量化学成分组成的木质素,纤维素,半纤维素,和其他人。当然,它包含self-doped分层多孔碳材料。亚博网站下载

也,二氧化硅含量非常丰富,作为一个成功的掺杂的自然宿主碳化硅物种以及创建一个多孔结构和合适的形态与内在的氮含量官能团。

碳化硅:电极材料的优缺点亚博网站下载

碳化硅(SiC)是一种潜在的电极材料储能应用由于其高的化学和热稳定性在恶劣的条件下,良好的导电性,耐久性。此外,SiC促进了感应电流的充电/放电过程中氧化还原反应。

然而,只有表面活性SiC物种造成的总电容,虽然大多数物种中也几乎没有参与电化学过程,导致相对较低的电容。来解决这一问题,双或多杂原子掺杂得到了相当大的关注。

许多的研究表明,杂原子掺杂的协同效应提高了整体的电容电极材料。因此,氮含量官能团如pyrrolic-N物种电化学网站发现触发pseudo-capacitance电极材料。此外,pyrrolic-N物种倾向于增加碳基体的润湿性和电导率的一代更偏振表面,从而导致更好的电解质离子转移到碳的多孔结构矩阵。

电极材料制作的怎么样?

两种类型的竹子viz. drocalamopsis和pubsescens地面和碳在高温下获得两个bamboo-based碳材料即SNC-1 SNC-2,分别。亚博网站下载然后,各自的灭活碳材料被激活使用氢氧化钾(KOH)实现活性炭材料即SNAC-1 亚博网站下载SNAC-2。活性炭材料从天然木称为南汽。

制作阳极,SNAC-1、SNAC-2 SNC-1, SNC-2, NAC分别与乙炔黑混合和聚偏二氟乙烯(PVDF),其次是涂料在泡沫镍和干燥。

结果是什么?

场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析表明,SNAC-1与两个二维板像straw-shape形态学此外,它显示的存在内在相互联系的离子通道与一个矩形平板状形态和高度多孔结构,这有利于电解液离子的扩散和转移。

XRD模式表明,峰值强度比率(我_D/我_GSNAC-1)(1.04)和SNAC-2(0.98)高于NAC(0.94)和低于SNC-1 (1.17)。这些结果表明,尽管插入SiO固有的结构性缺陷₂官能团,碳材料的石墨化程度提高,由于激活过程的协助下KOH和SiO₂纳米粒子。yabo214

电感耦合等离子体质谱法(icp)分析表明,SNAC-1包含高硅物种(31.12毫克/克)相比,SNAC-2(21.49毫克/克),SNC-1(16.24毫克/克)和SNC-2 SiO(15.54毫克/克)₂内容,分别。N₂adsorption-desorption等温线表明SNAC-1打赌表面积高1789米²/ g SNAC-2相比(1732米²/ g), SNC-1(227米²/ g), SNC-2(196米²/ g)。高赌注表面积显示EDCLs高电荷存储能力。

线性对称曲线在恒电流充电/放电(GCD)表明,SNAC-1具有良好的可逆性和优秀的比电容(369 F / g为0.5 A / g)相比SNAC-2在0.5 (271 F / g / g), SNC-1 (158 F / g为0.5 A / g), SNC-2 (73 F / g为0.5 A / g),和南汽在0.5 (232 F / g / g)。

SNAC-1交付最高的电化学循环伏安法的简历曲线下面积,暗示的最高比电容在5 mV / 257 F / g s相比SNAC-2 (220 F / s),南京(221 F / s), SNC-1 (140 F / s)和SNC-2 (98 F / s)。

电化学阻抗谱(EIS)分析表明,比SNAC-2 SNAC-1电极具有增强的电化学性能。尼奎斯特图,SNAC-1电阻很低(0.54Ω)相比SNAC-2(0.74Ω),SNC-1(1.56Ω),SNC-2(1.75Ω),和南汽(1.10Ω)。

因此,这项工作说明了未来潜在的应用bamboo-based bio-carbons能源存储设备,还提供了一个有效的方法来制备碳化硅和pyrrolic-N dual-doped碳材料。亚博网站下载

参考

阿巴斯,c .林,z,邓,h .黄y倪,曹,x妈,Bamboo-derived本质上与碳化硅和氮掺杂碳材料柔性超级电容器,化学工程杂志,2021、133738、ISSN 1385 - 8947。https://www.亚博老虎机网登录sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721053122?via%3Dihub

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