Исследование регулирования пористой структуры активированного угля, полученного из саргасса, и его применение в суперконденсаторах.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 10106 (2022) Цитировать эту статью

1841 г. Доступы

8 цитат

Подробности о метриках

Чтобы реализовать эффективное регулирование пористой структуры активированного угля и оптимизировать свойства его пористой структуры как электродного материала, влияние температуры активации, времени активации и степени пропитки на удельную поверхность, общий объем пор и средний диаметр пор активированного угля углерод, полученный саргассом, изучают методом ортогонального эксперимента. Кроме того, также изучены электрохимические свойства активированного угля (ПАУ) на основе саргасса и связь между гравиметрической емкостью и удельной поверхностью ПАУ. ПАВ, приготовленные во всех условиях, имеют высокую удельную поверхность (≥ 2227 м2 г-1) и развитую пористую структуру, в которой диаметр микропор в основном сосредоточен в пределах 0,4 ~ 0,8 нм, диаметр пор мезопор в основном сосредоточен в 3 ~ 4 нм. нм, а количество микропор значительно больше, чем мезопор. В процессе активации степень пропитки оказывает наибольшее влияние на удельную поверхность ПАВ, температура активации и степень пропитки оказывают существенное влияние на общий объем пор ПАВ, при этом в основном реализуется регулирование среднего диаметра пор ПАВ. регулируя температуру активации. SAC демонстрируют типичные характеристики емкости двойного электрического слоя суперконденсаторов, обеспечивая превосходную гравиметрическую емкость 237,3 Ф г-1 в электролитной системе КОН с концентрацией 6 моль л-1 при плотности тока 0,5 А г-1 и превосходную циклическую стабильность сохранения емкости на уровне 92 %. после 10 000 циклов. Наблюдается хорошая линейная зависимость между гравиметрической емкостью и удельной поверхностью ПАВ.

Постоянное увеличение потребления традиционных видов ископаемого топлива, таких как уголь, нефть и природный газ, привело к все более серьезному энергетическому кризису и загрязнению окружающей среды, что усилило мировой спрос на возобновляемую чистую энергию1,2,3. Использование возобновляемых источников чистой энергии, таких как солнечная энергия, энергия ветра и энергия океана, в последние годы быстро развивается. Недостатки этих возобновляемых источников энергии, в том числе непостоянство и нестабильность, в значительной степени ограничивают их применение. Необходимо создать эффективную систему хранения энергии, чтобы в полной мере использовать электроэнергию, вырабатываемую этими возобновляемыми источниками чистой энергии4. Как многообещающие устройства хранения энергии, литий-ионные батареи или другие металл-ионные батареи, топливные элементы и суперконденсаторы привлекли большое внимание и добились выдающихся исследовательских достижений5,6,7,8. По механизму накопления энергии суперконденсаторы делятся на псевдоконденсаторы и конденсаторы с двойным электрическим слоем (EDLC)3,9. EDLC считаются наиболее конкурентоспособными в приложениях высокой мощности благодаря их электростатическому механизму хранения энергии. Они также характеризуются быстрой скоростью зарядки и разрядки, длительным сроком службы, легким весом, широким диапазоном рабочих температур и экологичностью10,11,12. Электрохимические характеристики EDLC в основном определяются материалами их электродов, поэтому для значительного улучшения электрохимических характеристик EDLC обычно выбирают изучение новых материалов электродов и улучшение характеристик материала электродов, включая характеристики пористой структуры13,14,15,16.

Согласно механизму накопления энергии двойного электрического слоя, электрическая емкость EDLC зависит от накопленного заряда на двойном электрическом слое поляризационного электрода. Накопленный заряд материала электрода происходит главным образом на границе раздела между электродом и электролитом. Материал электрода должен обладать чрезвычайно большой доступной площадью поверхности ионов электролита, чтобы EDLC имел возможность хранить больше зарядов17,18,19,20. Углеродные материалы с высокой удельной поверхностью, такие как активированный уголь, графен, углеродные нанотрубки и углеродный аэрогель, стали основными объектами выбора электродных материалов для EDLC21,22,23. Среди них активированный уголь стал наиболее широко используемым электродным материалом для EDLC из-за обилия сырья, проверенного метода приготовления, низкой стоимости и нетоксичности24,25.

50 nm) are tied intimately with the high-rate capacitive performance by providing low resistance channels for the transport of electrolyte ions to the interior surface, while the ultrafine micropores with a large contribution to the specific surface area cannot accommodate the electrolyte ions, so its existence makes almost no contribution to the capacitance performance31,32. Activated carbon with both high specific surface area and reasonable pore diameter distribution has greater potential to exhibit the excellent electrochemical performance. Hence, activated carbon with optimized micropores for capacitance and appropriate amount of mesopores for high-rate capacitive performance are highly desired for EDLCs./p> RA > RB, which indicates that the impregnation ratio has the greatest effect on the specific surface area of SAC, followed by activation temperature and activation time. The detailed effect of experimental factors on the specific surface area is shown in Fig. 1./p> RA > RB, which indicates that the impregnation ratio has the greatest effect on the total pore volume of SAC, followed by the activation temperature, while the activation time has little effect on the total pore volume. The detailed effect of experimental factors on the total pore volume is shown in Fig. 2./p> RB, which indicates that the degree of effect of impregnation ratio and activation temperature on the average pore diameter of activated carbon is similar, and higher than that of activation time on the average pore diameter. The detailed effect of experimental factors on the average pore diameter is shown in Fig. 3./p>

Новости