煤焦油衍生模板碳孔隙重整及高体积电容性能

吴东阳,孙 飞,范 为,王坤芳,张博然,赵广播

(哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引 言

双电层电容器因其高功率密度(>10 kW/kg)和长循环寿命(>105次循环)特性而被广泛应用于电网调频以及轨道交通工具快速启停技术中[1-6]。近年来,随着便携式移动供电系统的发展,体积能量密度也逐渐成为开发高性能双电层电容器的重要指标,对于缓解供电设备的空间焦虑具有重要意义[7-11]。提高双电层电容器能量密度的关键是强化碳电极材料中离子的储运行为[12-16]。在多孔碳电极中,微孔是离子存储的主要场所,影响着双电层电容器的容量性能;中大孔作为电解液的缓冲空间,能够缩短电解质离子的扩散距离,从而提高倍率性能。然而,过量的中大孔结构会导致碳骨架疏松进而降低电极密度,且电解质储存过多会削弱离子的扩散动力[17-21],从而降低了双电层电容器的体积存储容量。因此,优化碳材料的孔隙结构是制备致密电极材料、提升体积性能的有效策略[22-26]。

煤炭及其化工副产物以其来源广、成本低且多尺度结构可调控等特点,成为制备功能碳材料的重要前驱体。车晓刚等[27]以煤化工的固体残渣为碳源,利用MgAl-LDH二维空间的结构调控作用制备了富氧多孔碳纳米片材料用于超级电容器电极材料。何孝军等[28]以煤沥青为碳源,制备了具有可供离子快速传输的分级孔、可供离子吸附的大量微孔的片状碳材料用于超级电容储能。煤焦油作为煤化工的主要副产物,具有高含碳量和芳香结构、低灰分以及价格低廉等优点[29-30],也是发展功能碳材料的理想碳源之一。良好……