電極作為超級電容器儲能過程中的核心部件,其材料特性對器件服役性能具有關(guān)鍵影響。近年來,隨著化石能源的過度開發(fā),生物碳作為新型儲能材料被廣泛研究。首先介紹了超級電容器的儲能原理及常見的電極材料,然后對生物碳電極的制備方法進(jìn)行總結(jié),并討論了其電化學(xué)性能的影響因素。在此基礎(chǔ)上對生物碳及其復(fù)合材料在超級電容器電極材料領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。 

【文章來源】：電源技術(shù). 2020,44(09)北大核心

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圖１?超級電容器電極材料分類??２生物碳概述??２．１生物碳簡介??

氧鉺化物?聚噻吩（ＰＴｈ＞??十物碳??圖１?超級電容器電極材料分類??２生物碳概述??２．１生物碳簡介??生物碳一般是以綠色植物光合作用形成的有機(jī)質(zhì)等（如稻??殼、木炭、果核、蔗渣、秸稈）作為原料，經(jīng)過高溫裂解碳化得到??的衍生碳材料［４］。作為含碳前驅(qū)體，生物碳具有來源廣泛、價格??低廉、綠色環(huán)保等特點，近年來廣泛應(yīng)用于催化、凈化、儲能等??領(lǐng)域。??２．２生物碳制備方法??目前生物質(zhì)多孔碳的獲取方法主要有熱解法、水熱碳化??法、高溫氣化法和活化法等Ｉ其分類示意圖見圖２。??—？酸礙［Ｈ＿，ＰＯ＿／ＮａＯＨ／ＫＯＨ?ｅｔｃ．］??—？?［Ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄ?ｓｔｅａｍ－Ｈ：０（ｇ）］??一?？微波［Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｗｉｔｈ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ］??一?？；：氧化碳［Ｈｅａｔｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ＣＯ：］??一?？氧化物［Ｋ２Ｍｎ〇４／Ｈ：ＣＶＡｉｒ／０３?ｅｔｃ．］??圖２?常見生物碳制備方法示意圖？??２．２．１熱解法??熱解法是指將不經(jīng)過任何前處理的生物質(zhì)直接在惰性氣??體氛圍中進(jìn)行碳化（２００￣９０（ＴＣ）得到生物質(zhì)基固體碳材料Ｉ??該方法操作簡便，碳化物收率較高，能夠有效去除某些有機(jī)??物、雜原子和部分揮發(fā)性物質(zhì)，但反應(yīng)過程中會排出ＣＯ等有??毒氣體對環(huán)境造成污染。??２．２．２水熱法??水熱法是在封閉條件下，以水為反應(yīng)介質(zhì)，在１５０￣２５０＇Ｃ??氣化法則是在較高溫度范圍（６００－９００－Ｃ?）和較短時間內(nèi)??使生物質(zhì)進(jìn)行不完全燃燒得到生物質(zhì)碳的方法。過程中使用??的氧化劑可以是氧氣或者空氣。得到的主要產(chǎn)品是氣體，碳產(chǎn)??率較低，通常是原料的５％￣１０％，其優(yōu)點在于生產(chǎn)流程較為

孔徑尺寸／ｎｍ??圖３?不同溫度下制備的碳化物衍生碳?xì)w一化電容（比電容??與比表面積的比值）隨其孔徑尺寸的變化關(guān)系＾??現(xiàn)較高的電荷容量和倍率性能。??２．３．３導(dǎo)電性??生物多孔碳材料的導(dǎo)電性也會影響其電化學(xué)性能的發(fā)??揮。導(dǎo)電性越好意味著電極材料能量傳輸效率越高。對于碳材??料而言，導(dǎo)電性與碳原子之間的結(jié)合方式及排列的有序程度??有關(guān)。除去碳材料本身的性質(zhì)，其電導(dǎo)率還會受到制備工藝的??影響ｍ。常用的高溫碳化法有利于提高其石墨化程度，增強(qiáng)材??料導(dǎo)電性。但是碳化過程中發(fā)生的部分孔洞坍塌可能會對生??物碳的導(dǎo)電性產(chǎn)生負(fù)面作用。??３生物碳在超級電容器電極材料領(lǐng)域??的應(yīng)用??３．１生物碳直接碳化作為超級電容器電極材料??隨著當(dāng)今社會對于清潔能源需求的日益増長，近年來各??種生物質(zhì)前驅(qū)體作為新型能源被大量研究。例如：棉花秸稈、??劍麟維、高粱、蘋果果肉等ＡＢｉｓｗａｌ等在不添加活化劑的情??況下將苦楝樹葉直接碳化，所得多孔碳顯示出１?２３０?ｍ２／ｇ的較??大比表面積，在１?ｍｏｌ／ＬＨ２Ｓ０４中其質(zhì)量比電容可以達(dá)到４００??Ｆ／ｆ。Ｊｉａｎｇ等通過微波誘導(dǎo)加以ＺｎＣｌ２化學(xué)活化的方法，利用??甘蔗渣制備納米多孔碳材料，產(chǎn)物內(nèi)部孔的尺寸大小隨ＺｎＣｌ２??濃度的增加而增大，大孔徑有利于納米多孔碳離子的傳輸和??存儲，因此比電容也隨之增大??一些生物質(zhì)多孔碳還具有分級孔道結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出良好的??循環(huán)性能和倍率性能［１８１。Ｌｖ等將經(jīng)過一系列前處理的香蕉皮??在氮氣保護(hù)下１?〇〇〇°Ｃ碳化８?ｈ，制得的碳材料具有納米多級??孔道，具體過程及微觀形貌如圖４（ａ）所示。該產(chǎn)物比表面積高??達(dá)１?６５０?ｍ２／ｇ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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