物理化学学报 >> 2025, Vol. 41 >> Issue (3): 100028.doi: 10.3866/PKU.WHXB202406009
李齐齐1,†, 张苏1,*,†(
), 江娱婷2, 朱琳娜3, 郭楠楠3, 张晶1, 李禹彤1, 魏彤1,4, 范壮军1,4,*(
)
收稿日期:2024-06-11
修回日期:2024-07-29
录用日期:2024-07-30
发布日期:2024-12-14
通讯作者:
Email: suzhangs@163.com (张苏)fanzhj666@163.com (范壮军)
作者简介:†These authors contributed equally to this work.
基金资助:
Qiqi Li1, Su Zhang1,*(
), Yuting Jiang2, Linna Zhu3, Nannan Guo3, Jing Zhang1, Yutong Li1, Tong Wei1,4, Zhuangjun Fan1,4,*(
)
Received:2024-06-11
Revised:2024-07-29
Accepted:2024-07-30
Published:2024-12-14
Contact:
Email: suzhangs@163.com (Su Zhang)fanzhj666@163.com (Zhuangjun Fan)
Supported by:摘要:
大比表面积活性炭的密度普遍较低、体积储能性能不佳,难以满足超级电容器的小型化发展需求。针对此,本工作提出在活化前对炭前驱体进行机械压实以提高活性炭密度的普适性方法,并研究了机械压实对由外而内活化(炭粉/KOH混合物)和均匀离子活化(热解含钾盐类)所制备活性炭的比表面积、孔结构和电容储能性能的影响规律。结果表明,对前驱体进行机械压实能够提高活化反应效率、活性炭密度和体积电容储能性能。随着机械压力升高,由外而内活化所得活性炭的比表面积和孔隙率先升高后降低,原因在于机械压实能够消除颗粒间的空隙以增加前驱体与活化剂之间的接触,进而显著提高了活化效率。对于均匀离子活化,活性炭的比表面积和孔隙率呈现先降低后升高的趋势,这可能是由于致密前驱体抑制了热解过程中产生的活性气体分子(H2O、CO2等)快速散逸,使之继续参与活化反应,提高了活化刻蚀效率。本工作为大比表面积和高密度活性炭的设计制备提供了简单思路。
李齐齐, 张苏, 江娱婷, 朱琳娜, 郭楠楠, 张晶, 李禹彤, 魏彤, 范壮军. 前驱体机械压实制备高密度活性炭及其致密电容储能性能[J]. 物理化学学报, 2025, 41(3), 100028. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406009
Qiqi Li, Su Zhang, Yuting Jiang, Linna Zhu, Nannan Guo, Jing Zhang, Yutong Li, Tong Wei, Zhuangjun Fan. Preparation of High Density Activated Carbon by Mechanical Compression of Precursors for Compact Capacitive Energy Storage[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2025, 41(3), 100028. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406009
图3
Electrochemical performance in 6 mol·L−1 KOH electrolyte: (a) GCD curves at 1 A·g−1, (b) gravimetric capacitance, (c) volumetric capacitance, (d) gravimetric and volumetric capacitances of GAC-8 compared with other reported carbon materials, (e) Nyquist plots, and (f) the fitted impedance values of GACs; (g) CV curves at 10 mV·s−1 and (h) cycle performance at 10 A·g−1 of the GAC-8//GAC-8 symmetric supercapacitor."
图6
Electrochemical performance in 6 mol·L−1 KOH electrolyte: (a) CV curves at 10 mV·s−1, (b) gravimetric capacitance, (c) volumetric capacitance, (d) gravimetric and volumetric capacitances of PGAC-8 compared with other reported carbon materials, (e) Nyquist plots, (f) the fitted impedance values of PGACs; (g) GCD curves at 1 A·g−1, and (h) cycle performance at 10 A·g−1 of PGAC-8//PGAC-8 symmetric supercapacitor."
图8
Electrochemical performance in 1 mol·L−1 Et4NBF4/PC organic electrolyte: (a) CV curves at 10 mV·s−1, (b) gravimetric capacitance, (c) volumetric capacitance, (d) conductivity, (e) Nyquist plots, (f) the fitted impedance values of PCACs; (g) gravimetric and volumetric capacitances of PCAC-8 compared with other reported carbon materials, and (h) cycle performance at 10 A·g−1 of PCAC-8//PCAC-8 symmetric supercapacitor."
| 1 |
doi: 10.1038/nmat2297 |
| 2 |
doi: 10.1039/c5cs00580a |
| 3 |
doi: 10.1039/c1cs15060j |
| 4 |
doi: 10.1039/c3ee43525c |
| 5 |
doi: 10.1039/d0cs00059k |
| 6 |
杨越; 朱加伟; 王鹏彦; 刘海咪; 曾炜豪; 陈磊; 陈志祥; 木士春. 物理化学学报, 2022, 38, 2106002.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202106002 |
|
|
|
| 7 |
叶萍; 覃玲霜; 贺萌瑶; 巫方方; 陈增烨; 梁明星; 邓立波. 物理化学学报, 2024, 40, 2311032.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202311032 |
|
|
|
| 8 |
张威; 梁海琛; 朱科润; 田泳; 刘瑶; 陈佳音; 李伟. 物理化学学报, 2022, 38, 2105024.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202105024 |
|
|
|
| 9 |
doi: 10.1039/d0ee02649b |
| 10 |
doi: 10.1002/adma.202101275 |
| 11 |
doi: 10.1039/c5ee00389j |
| 12 |
doi: 10.1039/c6ee00941g |
| 13 |
doi: 10.1038/s41560-020-0560-6 |
| 14 |
doi: 10.1038/ncomms5554 |
| 15 |
doi: 10.1039/c5nr06113j |
| 16 |
doi: 10.1016/j.nanoen.2013.01.007 |
| 17 |
doi: 10.1002/advs.201802355 |
| 18 |
doi: 10.1002/adfm.201805898 |
| 19 |
doi: 10.1016/j.carbon.2021.06.039 |
| 20 |
doi: 10.1016/j.carbon.2020.01.044 |
| 21 |
doi: 10.1002/ente.201900209 |
| 22 |
doi: 10.1016/j.nanoen.2015.06.022 |
| 23 |
doi: 10.1002/aenm.201500867 |
| 24 |
doi: 10.1016/j.carbon.2019.07.020 |
| 25 |
doi: 10.1021/nn501124h |
| 26 |
doi: 10.1002/anie.202217808 |
| 27 |
doi: 10.1002/adfm.202400556 |
| 28 |
doi: 10.1002/adfm.202308284 |
| 29 |
doi: 10.1126/science.adn6242 |
| 30 |
唐诗怡; 鹿高甜; 苏毅; 王广; 李炫璋; 张广琦; 魏洋; 张跃钢. 物理化学学报, 2020, 38, 2001007.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202001007 |
|
|
|
| 31 |
doi: 10.1016/j.carbon.2022.01.042 |
| 32 |
doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00195 |
| 33 |
doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.130460 |
| 34 |
doi: 10.1002/adma.201605336 |
| 35 |
doi: 10.1016/j.cej.2023.144257 |
| 36 |
doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.12.022 |
| 37 |
doi: 10.1002/adfm.201901127 |
| 38 |
doi: 10.1016/j.fuel.2022.124216 |
| 39 |
doi: 10.1039/c4nr04541f |
| 40 |
doi: 10.1016/j.carbon.2021.01.016 |
| 41 |
doi: 10.1021/acssuschemeng.5b01417 |
| 42 |
doi: 10.1021/am302077c |
| 43 |
doi: 10.1149/2.0451904jes |
| 44 |
doi: 10.1149/2.0131709jes |
| 45 |
doi: 10.1016/j.jechem.2020.12.039 |
| 46 |
doi: 10.1016/j.nanoen.2023.109147 |
| 47 |
doi: 10.1007/s12274-016-1173-z |
| 48 |
doi: 10.1016/j.jcis.2023.04.074 |
| 49 |
doi: 10.1002/smll.202305547 |
| 50 |
doi: 10.1021/acsami.4c02517 |
| 51 |
doi: 10.1002/adma.201705713 |
| 52 |
doi: 10.1038/nenergy.2016.216 |
| 53 |
doi: 10.1002/adma.201304137 |
| 54 |
doi: 10.1126/science.1132195 |
| 55 |
doi: 10.1002/ange.200704894 |
| 56 |
doi: 10.1021/nl802558y |
| 57 |
doi: 10.1002/celc.202000960 |
| 58 |
doi: 10.1016/j.electacta.2015.04.052 |
| 59 |
doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.12.060 |
| 60 |
doi: 10.1039/c8ra00858 |
| [1] | 刘华艳, 陈逸飞, 杨梦召, 顾佳俊. 二维材料基超级电容器的容量与倍率性能提升策略[J]. 物理化学学报, 2025, 41(6): 100063 - . |
| [2] | 王慧, LabidiAbdelkader, 任梦涵, ShaikFeroz, 王传义. 微观结构调控的g-C3N4在光催化NO转化中的最新进展:吸附/活化位点的关键作用[J]. 物理化学学报, 2025, 41(5): 100039 - . |
| [3] | 吕卓岩, 丁杨铭, 康磊磊, 李林, 刘晓艳, 王爱琴, 张涛. 光增强CuOx/TiO2催化丙烯氧气直接环氧化反应[J]. 物理化学学报, 2025, 41(4): 100038 - . |
| [4] | 张晶, 张苏, 李齐齐, 纪麟肯, 李禹彤, 任宇康, 臧小蓓, 曹宁, 胡涵, 梁鹏, 范壮军. 基于选择性化学刻蚀的低缺陷炭导电网络原位构筑及其对活性炭比表面积与导电性的协同增强[J]. 物理化学学报, 2025, 41(10): 100114 - . |
| [5] | 王烨, 葛瑞翔, 刘翔, 李敬, 段昊泓. 一种阴离子浸出策略合成金属羟基氧化物用于电催化甘油氧化[J]. 物理化学学报, 2024, 40(7): 2307019 - . |
| [6] | 曹爽, 钟博, 别传彪, 程蓓, 徐飞燕. WO3/Zn0.5Cd0.5S S型异质结光催化产氢耦合有机物转化机理研究[J]. 物理化学学报, 2024, 40(5): 2307016 - . |
| [7] | 许义飞, 杨瀚文, 常晓侠, 徐冰君. 电催化动力学简介[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2210025 -0 . |
| [8] | 姜美慧, 盛利志, 王超, 江丽丽, 范壮军. 超级电容器用石墨烯薄膜:制备、基元结构及表面调控[J]. 物理化学学报, 2022, 38(2): 2012085 - . |
| [9] | 周浩, 景亚轩, 王艳芹. 生物质转化中C―O/C―C键的活化断裂[J]. 物理化学学报, 2022, 38(10): 2203016 - . |
| [10] | 王伟, 王瑶, 占自祥, 谭天, 邓卫平, 张庆红, 王野. 纤维素及其衍生物催化脱氧转化制化学品[J]. 物理化学学报, 2022, 38(10): 2205032 - . |
| [11] | 刘源, 段增晖, 李隽, 常春然. 基于ReaxFF的甲烷无氧转化气相机理研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(11): 2011012 - . |
| [12] | 张赛, 张铭凯, 瞿永泉. 二氧化铈表面构建固体“受阻”Lewis酸碱对用于小分子活化[J]. 物理化学学报, 2020, 36(9): 1911050 - . |
| [13] | 王玖,吴南石,刘涛,曹少文,余家国. 用于超级电容器的锰钴氧化物/碳纤维材料[J]. 物理化学学报, 2020, 36(7): 1907072 - . |
| [14] | 佟永丽, 戴美珍, 邢磊, 刘恒岐, 孙婉婷, 武祥. 基于NiCo2O4纳米片电极的非对称混合电容器[J]. 物理化学学报, 2020, 36(7): 1903046 - . |
| [15] | 任宁,王昉,张建军,郑新芳. 热分析动力学研究方法的新进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(6): 1905062 - . |
|
||