竹笋壳基多孔活性炭的制备及其超级电容性能

来源 :2015中国化工学会学术年会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:f372286882
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活性炭由于具有比表面积高、孔隙结构发达、成本低廉、化学以及热稳定性良好等优点,而成为超级电容器首选电极材料.目前,生产活性炭的原料主要是化石燃料和木材、果壳等.然而,化石燃料是有限的,且不可再生;过度砍伐森林将会导致严重的环境问题.因此,这两种原料用来生产活性炭并不是最佳选择,寻找更廉价、环境友好的原材料制备具有高性能的活性炭越来越受到人们的重视.生物质废弃物由于其成本低廉、容易获取以及可再生等优点,而成为极具吸引力的活性炭原料.众所周知,我国竹类资源十分丰富,竹林面积约占世界的四分之一,高达500万hm2,是世界上主要的产竹大国.竹笋壳是竹子在生长过程中自然脱落下来的以及竹笋加工过程中产生的副产品.春季是竹笋的主要出笋期,也是竹子生长的旺盛期,这将产生大量废弃竹笋壳.并且,竹笋壳的主要成份与其它木质类生物质类似,主要含有纤维素、半纤维素和木质素.因此,竹笋壳是一种理想的活性炭制备原料,不但来源十分丰富,而且成本低廉、可再生.尽管如此,却没有以竹笋壳作原材料制备活性炭的相关报道.本研究采用相对简单的制备方法把竹笋壳变废为宝,即把笋壳碳化后,再进行活化处理得到高活性的活性炭,如图1所示.图1(a)和图1(b)是所制备的竹笋壳基活性炭的SEM和TEM图,可看出样品呈管状,并且存在大量层次孔洞结构.氮气吸脱附测试结果如图1(c)所示,结果表明活性炭样品的比表面积非常大,高达3408 m2 g-1,平均孔径为2.52 nm.以6 mol L-1 KOH为电解液,将竹笋壳基活性炭材料组装成超级电容器进行测试,结果如图1(d)-(f)所示.从图1(d)和图1(e)中可以看出,随着扫描速度增大,循环伏安曲线能保持很好的类矩形,而随着电流密度增大,恒电流充放电曲线也基本保持很好的类等腰三角型,这都表明活性炭材料显示了较理想的双电层行为.循环寿命测试如图1(f)所示,在电流密度为1 A g-1时,循环10000次后比电容基本无衰减,仍高达304 F g-1,循环性能优异,因而在超级电容器和储能领域具有良好的应用前景.
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