文档介绍：成型活性炭电极储电性能的研究1
孟庆函 1, 宋怀河 1, 李开喜 2, 凌立成 2
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摘要用高比表面积活性炭作为原料酚醛树脂为粘结剂在高温下粘结成型制备系列固体超级电容器用
活性炭极板改变酚醛树脂添加量考察不同炭化温度对活性炭复合电极收率的影响实验发现随着炭化
温度的提高复合活性炭电极的炭化收率呈逐渐降低的趋势且酚醛树脂掺杂量多时收率降低不同组成
的成型活性炭电极中微孔活性炭含量大则比电容高炭化时温度高于 800 复合活性炭电极比电容下降
成型活性炭炭化后比表面积降低微孔孔结构分布变宽孔容在 2~3nm 左右的分布明显加宽
关键词活性炭酚醛树脂成型比电容
超级电容器是 20 世纪 70 年代末发展起来的电化学能量存储装置 80 年代初在日本迅
速实现了商品化它介于传统电容器和电池之间其功率密度远高于普通电池能量密度远
高于传统电容因而填补了这两个传统技术间的空白作为一种储能元件超级电容器由于
具有体积小容量大过电压不击穿使用寿命长等特点广泛应用于存储器的后备电源
太阳能电池的二次电源及瞬间电压波动情况下的辅助电源另外作为二次电池的补助电源
或者替代品的新型能源储存器用于 1A 以下负载电流的场合近年来由于这种电容储能
器在较大温度范围具有优异的大电流充放电特性和长循环寿命因此许多研究者把它作为
能用 1A 以上电流短时间充放电和储存电能的装置
超级电容器是利用活性材料电极和电解液的界面双电层储存电荷的大容量电容器超
级电容器的储能机制是电荷储存在电极和电解液界面之间所形成的双电层中该过程没有化
学反应发生超级电容器是依靠静电荷储存能量本身不能产生能量因此高比表面积材
料在储能方面有更大的优势现阶段主要使用比表面积较高的活性炭活性炭纤维等作为超
级电容器的电极材料
活性炭作为一种相对廉价的材料具有资源丰富孔结构分布良好惰性表面性能
优良等特点适于大规模制造超级电容器[1-4] 超级电容器充放电时对活性炭的孔径分布要
求比较高一般来说活性炭材料表面的双电层电容正比于材料表面积制备表面积尽可能
大的炭材料一直是研究的主要方向很多方法制备的活性炭材料的表面积已经可以达到
1500 4000m2/g 但是对于某些例如经过 KOH 处理过的超细多孔活性炭由于部分孔的孔
径太小(只有不到双电层厚度的两倍) 使相当比例表面积的活性材料无法与电解质充分的浸
渍而导致相当比例的表面积并不具有活性在电容器中炭电极的微孔的大小应有利于
电解液的扩散特别在-25 的低温电解液粘度增大更难以流动直径 2nm 以上的微孔
容积相当于总数微孔容积的比率直接影响到电容器的低温容量因此要提高电容器的低温性
能就要求有更多的 2nm 以上的微孔中孔活性炭由于孔径较宽有利于电解液在充放电过
程中的进出快速大电流放电性能尤其优越但是中孔活性炭由于比表面积较小一般在
1000m2/g 以下因此储存的能量也较少在大规模应用时影响超级电容器的能量密度和功
率密度
高比表面积活性炭比表面积大储存能量多但相应价格较高微孔含量多导电性
1北京化工大学青年教师基金 QN