大碳层间距的沥青基多级孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

雷 杰 王韬翔 李 治 陈 辉 杨 松 韩海波 李 康＊,

(1中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心，洛阳 471003)

(2中国石油化工股份有限公司，北京 100027)

(3中国石油大学(北京)，北京 102249)

超级电容器因功率密度大、充放电时间短、循环寿命长等特点，在电化学储能方面有巨大的应用前景[1-2]。电极材料作为超级电容器的关键部位，在提升容量、倍率性能方面发挥着尤为重要的作用。目前，在众多电极材料中，多孔碳因高比表面积、优异的导电性、低成本得到了广泛关注[3-5]，如活性炭[6]、碳纤维[7]、碳纳米棒[8]、石墨烯[9]等。同时，在研究中发现多孔碳作为电极材料，其比表面积和孔径分布是影响电容量、电导率优劣的主要因素[10-11]，因此需对碳材料形貌、结构进行调控、修饰来提高比电容量[12-13]。

作为石油炼制过程的副产品，沥青的用途并不广泛，主要用作道路沥青或建筑沥青、焦化原料以及水、气净化活性炭原料等，应用方向、需求以及附加值方面较为局限。但沥青中含有大量芳烃以及S、N杂原子，是制备电化学储能材料的优质原料，通过简便可控的化学手段，以自下而上的调控方式可以将沥青中的芳香烃和部分杂原子化合物直接合成超级电容器用储能碳材料。目前常用的制备方法有物理活化法、化学活化法、模板剂法等。Guan等[14]、Pan 等[15]分别以柠檬酸钾、KOH 为活化剂，沥青为碳源，采用化学活化法，可制备出比表面积近2 000 m2·g-1、微孔占比92%左右的碳材料。用于超级电容器电极材料时，0.05 A·g-1电流密度下的比电容高达260 F·g-1以上，但存在离子扩散电阻与电极内阻较高的现象。……