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AG真人国际厅:多孔碳纳米片助力高容量超级电容器

 


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本文摘要:【章节】传统化石燃料如煤、石油、天然气的日益耗尽,被迫人们研发可再生的清洁能源和与之给定的能量存储与转化成器件。

【章节】传统化石燃料如煤、石油、天然气的日益耗尽,被迫人们研发可再生的清洁能源和与之给定的能量存储与转化成器件。在电化学储能器件中,电极材料是影响其性能的关键因素。

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多孔碳材料因其高效率的表面积、多维简单的孔道结构、较好的导电性和较低的成本,已沦为目前最普遍用于的电极材料。碳材料的比表面积(SSA)、微观结构和化学组分是影响超级电容器等储能器件性能至关重要的因素。尤其是纳米孔道的尺寸和几何形状的高效率制备,由于其对碳基超级电容器的能量密度和功率密度有反感的影响,早已沦为人们注目的焦点。

【成果概述】近期,扬州大学侯建华博士团队报导了从生物质玉米中取得的爆米花派生多孔碳纳米片(PCF-X)能极大地提高电化学储能器件性能。这一最重要研究成果在ACSAppliedmaterialsInterfaces上全文公开发表了为题“Popcorn-DerivedPorousCarbonFlakeswithanUltrahighSpecificSurfaceAreaforSuperiorPerformanceSupercapacitors”的学术论文,并受到美国化学会(ChemicalEngineeringNews)以“Popcorn’sperfectpores(爆米花的极致孔)”为题发布新闻报告。

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作者侯建华博士回应:此项工作的启发来自于女儿不吃爆米花时的发问:为什么爆米花不会如此的香脆?这使侯建华博士开始思维从玉米到爆米花微观结构再次发生怎样的变化。研究人员以玉米为原料,通过微波的“内冷却”机制及其较慢加剧引起的“膨化效应”用时2分钟,再行持续微波8分钟实碳化后取得蜂窝状宏观结构的碳材料,再行融合碱活化法,顺利设计出有一种几乎微孔为主导的超高比表面积的多孔碳纳米片。在水系电解液(如图4)和离子液体电解液(如图5)中分别测试以PCF-X为电极材料的超级电容器性能,取得了生物质碳材料中最低的能量密度和极佳的倍率性能。这主要得益于以下特征:(1)PCF-X超高的比表面积(如PCF-900的比表面积高达3301m2·g-1)为电化学反应获取大量的活性位点;(2)低微孔比例(PCF-900微孔表面积占到总比表面积的95%,特别是在是的极微孔(1nm)表面积超过1550m2g-1,并且不存在尺寸为0.69nm的拟合孔),因其“微孔效应”引发的离子“去溶剂化”过程大大增加了比容量(在电流密度为10A·g-1时容量平均311F·g-1)。

此外,PCF-X较低的孔体积和低比表面大力大地强化了体积能量密度(103Wh·kg-1),指出微孔主导的材料在超级电容器中具备极大的应用于潜力。


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