蜂巢状多孔明胶制备高性能超级电容器用活性炭

李道琰 张基琛 王志勇 金先波

引用本文: 李道琰,  张基琛,  王志勇,  金先波. 蜂巢状多孔明胶制备高性能超级电容器用活性炭[J]. 物理化学学报, 2017, 33(11): 2245-2252. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705241 shu
Citation:  LI Dao-Yan,  ZHANG Ji-Chen,  WANG Zhi-Yong,  JIN Xian-Bo. Preparation of Activated Carbon from Honeycomb-Like Porous Gelatin for High-Performance Supercapacitors[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(11): 2245-2252. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705241 shu

蜂巢状多孔明胶制备高性能超级电容器用活性炭

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(221673164)资助项目

摘要: 近年来,以生物质为前驱体来制备碳材料因其资源丰富、廉价易得、无污染且可再生等优点而引起人们的广泛关注。本文将生物质明胶制备成呈蜂巢状的多孔结构,并以此为前驱体经碳化、活化制备活性炭。研究表明,与商品化明胶相比,由多孔明胶所制备的活性炭其比表面积(可高达3692 m2·g-1)及超级电容器性能均有明显提升。在6 mol·L-1 KOH水溶液中,由多孔明胶经600℃碳化、700℃ KOH活化所制备的活性炭,在1 A·g-1的放电容量为357 F·g-1,即使在100 A·g-1的大电流密度下,其比电容仍可维持在227 F·g-1。活性炭样品也表现出优异的循环稳定性,在10 A·g-1下经7500圈循环稳定性测试后,其初始容量保持率高达93.0%。而且,以该活性炭组装的对称型超级电容器,在250、2500及25000 W·kg-1的功率密度下,其能量密度分别为10.3、9.7和8.2 Wh·kg-1;在10 A·g-1下经10000次循环后,容量保持率高达97.6%。这些研究结果表明由蜂巢状多孔明胶所制备的活性炭在高性能超级电容器中具有巨大的应用潜力。

English

    1. [1]

      (1) Miller, J. R.; Simon, P. Science 2008, 321, 651. doi: 10.1126/science.1158736

    2. [2]

      (2) Simon, P.; Gogotsi, Y. Nat. Mater. 2008, 7, 845. doi: 10.1038/nmat2297

    3. [3]

      (3) Zhai, Y.; Dou, Y.; Zhao, D.; Fulvio, P. F.; Mayes, R. T.; Dai, S. Adv. Mater. 2011, 23, 4828. doi: 10.1002/adma.201100984

    4. [4]

      (4) Zhang, L. L.; Zhao, X. S. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2520. doi: 10.1039/b813846j

    5. [5]

      (5) Frackowiak, E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1774. doi: 10.1039/b618139m

    6. [6]

      (6) Li, X. Q.; Chang, L.; Zhao, S. L.; Hao, C. L.; Lu, C. G.; Zhu, Y.H.; Tang, Z. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 130. [李雪芹, 常琳, 赵慎龙, 郝昌龙, 陆晨光, 朱以华, 唐智勇. 物理化学学报, 2017, 33, 130.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201609012

    7. [7]

      (7) Wu, X.; Xing, W.; Florek, J.; Zhou, J.; Wang, G.; Zhuo, S.; Xue, Q.; Yan, Z.; Kleitz, F. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 18998. doi: 10.1039/c4ta03430a

    8. [8]

      (8) Raymundo-Piñero, E.; Cadek, M.; Béguin, F. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1032. doi: 10.1002/adfm.200801057

    9. [9]

      (9) Madhu, R.; Sankar, K. V.; Chen, S. M.; Selvan, R. K. RSC Adv. 2014, 4, 1225. doi: 10.1039/c3ra45089a

    10. [10]

      (10) Biswal, M.; Banerjee, A.; Deo, M.; Ogale, S. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1249. doi: 10.1039/c3ee22325f

    11. [11]

      (11) Liu, H. J.; Wang, X. M.; Cui, W. J.; Dou, Y. Q.; Zhao, D. Y.; Xia, Y. Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 4223. doi: 10.1039/b925776d

    12. [12]

      (12) Huang, W.; Zhang, H.; Huang, Y.; Wang, W.; Wei, S. Carbon 2011, 49, 838. doi: 10.1016/j.carbon.2010.10.025

    13. [13]

      (13) Yun, Y. S.; Cho, S. Y.; Shim, J.; Kim, B. H.; Chang, S. J.; Baek S.J.; Huh, Y. S.; Tak, Y.; Park, Y. W.; Park, S.; Jin, H. J. Adv. Mater. 2013, 25, 1993. doi: 10.1002/adma.201204692

    14. [14]

      (14) Hou, J.; Cao, C.; Idrees, F.; Ma, X. ACS Nano 2015, 9, 2556. doi: 10.1021/nn506394r

    15. [15]

      (15) Li, Z.; Xu, Z.; Tan, X.; Wang, H.; Holt, C. M. B.; Stephenson, T.; Olsen, B. C.; Mitlin, D. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 871. doi: 10.1039/c2ee23599d

    16. [16]

      (16) Zhao, L.; Fan, L. Z.; Zhou, M. Q.; Guan, H.; Qiao, S.; Antonietti, M.; Titirici, M. M. Adv. Mater. 2010, 22, 5202. doi: 10.1002/adma.201002647

    17. [17]

      (17) Mao, Y.; Duan, H.; Xu, B.; Zhang, L.; Hu, Y.; Zhao, C.; Wang, Z.; Chen, L.; Yang, Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7950. doi: 10.1039/c2ee21817h

    18. [18]

      (18) Gao, S.; Geng, K.; Liu, H.; Wei, X.; Zhang, M.; Wang, P.; Wang, J. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 221. doi: 10.1039/c4ee02087a

    19. [19]

      (19) Xu, B.; Hou, S.; Cao, G.; Wu, F.; Yang, Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 19088. doi: 10.1039/c2jm32759g

    20. [20]

      (20) Mane, G. P.; Talapaneni, S. N.; Anand, C.; Varghese, S.; Iwai, H.; Ji, Q.; Ariga, K.; Mori, T.; Vinu, A. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3596. doi: 10.1002/adfm.201200207

    21. [21]

      (21) Xu, B.; Hou, S.; Zhang, F.; Cao, G.; Chu, M.; Yang, Y. J. Electroanal. Chem. 2014, 712, 146. doi: 10.1016/j.jelechem.2013.11.020

    22. [22]

      (22) Dhawale, D. S.; Mane, G. P.; Joseph, S.; Anand, C.; Ariga, K.; Vinu, A. ChemPhysChem 2013, 14, 1563. doi: 10.1002/cphc.201300132

    23. [23]

      (23) Olejniczak, A.; Leżańska, M.; Pacuła, A.; Nowak, P.; Włoch, J.; Łukaszewicz, J. P. Carbon 2015, 91, 200. doi: 10.1016/j.carbon.2015.04. 25

    24. [24]

      (24) Guan, Z.; Liu, H.; Xu, B.; Hao, X.; Wang, Z.; Chen, L. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 7849. doi:10.1039/c5ta01446h

    25. [25]

      (25) Nam, G.; Park, J.; Kim, S. T.; Shin, D.; Park, N.; Kim, Y.; Lee, J.S.; Cho, J. Nano Lett. 2014, 14, 1870. doi: 10.1021/nl404640n

    26. [26]

      (26) Yi, B.; Chen, X.; Zeng, B.; Guo, K.; Wan, Z.; Qian, Q.; Yan, H.; Chen, J. J. Porous Mater. 2012, 19, 37. doi: 10.1007/s10934-010-9445-6

    27. [27]

      (27) Zhang, X.; Jiao, Y.; Sun, L.; Wang, L.; Wu, A.; Yan, H.; Meng, M.; Tian, C.; Jiang, B.; Fu, H. Nanoscale 2016, 8, 2418. doi: 10.1039/c5nr07857a

    28. [28]

      (28) Bigi, A.; Cojazzi, G.; Panzavolta, S.; Rubini, K.; Roveri, N. Biomaterials 2001, 22, 763. doi: 10.1016/S0142-9612(00)00236-2

    29. [29]

      (29) Olde Damink, L. H. H.; Dijkstra, P. J.; Van Luyn, M. J. A.; VanWachem, P. B.; Nieuwenhuis, P.; Feijen, J. J. Mater. Sci. Mater. Med. 1995, 6, 460. doi: 10.1007/BF00123371

    30. [30]

      (30) Sing, K. S. W.; Everett, D. H.; Haul, R. A. W.; Moscou, L.; Pierotti, R. A.; Rouquérol, J.; Siemieniewska, T. Pure Appl. Chem. 1985, 57, 603. doi: 10.1351/pac198557040603

    31. [31]

      (31) Zhang, C.; Lin, S.; Peng, J.; Hong, Y.; Wang, Z.; Jin, X. RSC Adv. 2017, 7, 6486. doi: 10.1039/c6ra26141h

    32. [32]

      (32) Jurewicz, K.; Babeł, K.; Źiółkowski, A.; Wachowska, H. Electrochim. Acta 2003, 48, 1491. doi: 10.1016/S0013-4686(03)00035-5

    33. [33]

      (33) Frackowiak, E.; Béguin, F. Carbon 2001, 39, 937. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00183-4

    34. [34]

      (34) Wang, D. W.; Li, F.; Chen, Z. G.; Lu, G. Q.; Cheng, H. M. Chem. Mater. 2008, 20, 7195. doi: 10.1021/cm801729y

    35. [35]

      (35) Shi, C.; Hu, L.; Guo, K.; Li, H.; Zhai, T. Adv. Sustainable Syst. 2017, 1600011. doi: 10.1002/adsu.20160001

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  558
  • HTML全文浏览量:  66
文章相关
  • 收稿日期:  2017-03-27
  • 修回日期:  2017-05-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章