活性炭的電化學(xué)性能，能源問(wèn)題是二十一世紀(jì)最顯著的全球性挑戰(zhàn)之一。全球?qū)δ茉垂��?yīng)和環(huán)境保護(hù)的需求急劇增加，迫使世界面臨經(jīng)濟(jì)危機(jī)。根據(jù)最近的報(bào)道，每年全球能耗約為4.1×10 20 J--其的80%來(lái)自不可再生的碳密集的化石燃料，包括煤，石油，天然氣。過(guò)度依賴(lài)燃燒化石燃料帶來(lái)許多環(huán)境問(wèn)題，導(dǎo)致全球經(jīng)濟(jì)的負(fù)擔(dān)加重。隨著世界的不斷發(fā)展，能源需求迅速增長(zhǎng)，而地球的不可再生能源總量相當(dāng)有限。因此，安全性，實(shí)用性，可持續(xù)性和性能良好的顯影的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備是必要為了滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求和減少對(duì)環(huán)境的應(yīng)力。

　　電化學(xué)電容器近來(lái)引起了人們的極大興趣，由于其眾多的優(yōu)點(diǎn)，包括顯著的循環(huán)效率，期望的循環(huán)壽命，快速的充電/放電率和優(yōu)異的功率密度，以及它們?cè)诒銛y式電子，混合電動(dòng)汽車(chē)，和存儲(chǔ)器的備用設(shè)備。毫無(wú)疑問(wèn)，活性炭雙層電容器的性能主要由其電極材料的類(lèi)型和形式?jīng)Q定�；�于各種形式，功能和活性炭的超級(jí)電容器的紋理電位電極材料的研究已經(jīng)報(bào)道了。在電極材料的超級(jí)電容器的視圖，集約受到人們的重視，以活性炭為材料，例如活性炭，石墨烯，碳納米結(jié)構(gòu)如管和纖維，得自碳化物的碳，等等。

　　另外，活性炭具有更豐富的多孔結(jié)構(gòu)，雜原子自摻雜，物理化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)的易于獲得和可再生的碳材料被廣泛應(yīng)用于能源相關(guān)領(lǐng)域，以滿足能源供應(yīng)的迫切需求。截至目前，各種活性炭材料已經(jīng)被極大地用作前體以獲得用于制造電容器研究，如堅(jiān)果殼，椰殼，木質(zhì)，動(dòng)物骨，纖維等。大多數(shù)報(bào)告稱(chēng)，活性炭的能量?jī)?chǔ)存性能都超過(guò)其他非活性炭材料的儲(chǔ)能性能。

　　活性炭的電化學(xué)性能

　　將電極由5%的PTFE，10%的乙炔碳黑，和85%的活性炭。將所有材料均勻混合，然后在1.4MPa下壓在鎳泡沫基材上，然后在真空烘箱中在110℃下干燥12小時(shí)。每個(gè)集電器上的活性物質(zhì)的量約為4.7mg·cm -2。通過(guò)多孔膜分離的6M KOH電解質(zhì)水溶液組裝對(duì)稱(chēng)雙電極電池。采用循環(huán)伏安法(CV)，恒電流充放電(GCD)和電化學(xué)阻抗光譜(EIS)測(cè)試來(lái)研究樣品的電容性能。在0.01Hz-100KHz的頻率范圍內(nèi)以5mV的幅度在開(kāi)路電位下測(cè)量EIS光譜。所有的電化學(xué)測(cè)量在電化學(xué)工作站上進(jìn)行。所有試驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。

　　活性炭的形態(tài)和結(jié)構(gòu)

　　四個(gè)活性炭樣品(LSC-1-4)的XRD圖譜顯示沒(méi)有尖銳和強(qiáng)峰(如圖1所示)，表明所有活性炭樣品的非晶狀態(tài)。一方面，位于約23°的一個(gè)寬峰和位于44°的弱峰是無(wú)定形石墨碳的特征峰，表明LSC樣品的石墨化程度有限。另一方面，以44°為中心的弱峰的出現(xiàn)表明電導(dǎo)率的提高。特別地，LSC-1在44°處觀察到的較為尖銳的峰值表明，與其他樣品相比，LSC-1的石墨化程度提高。

　　活性炭的電化學(xué)表征

　　活性炭的幾個(gè)樣品等基于活性炭的超級(jí)電容器(SC-LSC)的電容性，LSC-3和LSC-4分別通過(guò)電化學(xué)技術(shù)序列進(jìn)行評(píng)估，包括室溫下的CV，GCD和EIS測(cè)試。圖2表示不同掃描速率的四個(gè)SC-LSC的CV曲線，其電勢(shì)窗范圍為0至0.8V。如所看到的，所有超級(jí)電容活性炭在相對(duì)低的掃描速率下呈現(xiàn)具有矩形形狀的理想電容性能，即充電 - 放電過(guò)程中雙層電容器的典型性質(zhì)。即使在500 mV·s -1的高掃描速率下，如圖2所示d，SC-LSCs的CV曲線保持了伏安曲線的準(zhǔn)矩形形狀，幾乎沒(méi)有變形，這可歸因于樣品的優(yōu)良的導(dǎo)電性和低質(zhì)量傳輸電阻。顯然，由于短離子通道和電解質(zhì)儲(chǔ)層的快速離子運(yùn)輸源自活性炭樣品的分層孔結(jié)構(gòu)。類(lèi)似地，與其他樣品相比，超級(jí)電容活性炭由于理想的分層多孔結(jié)構(gòu)和活性炭的高表面積而顯示出最高的電容值。

　　活性炭在碳化活化前基于不同的預(yù)處理，由纖維材料合成四種活性炭。所有制備的活性炭主要表現(xiàn)為微孔結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)通過(guò)ZnCl 2活化法制備的活性炭表現(xiàn)出最大的比表面積，并且在所有活性炭樣品中表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，其中0.1A·g 的電容為107.4F·g -1 -1在對(duì)稱(chēng)的雙電極電池。這些活性炭基超級(jí)電容器的電容僅隨著電流密度大于1A·g -1而略有變化。所有超級(jí)電容器顯示出優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性，并且在1A·g -1的 5000次充放電循環(huán)后，LSC-1型超級(jí)電容器的電容保持在92.6%以上。這些結(jié)果表明，纖維材料可以被認(rèn)為是通過(guò)合理設(shè)計(jì)制備具有高表面積和優(yōu)異電化學(xué)性質(zhì)的活性炭的良好候選物。

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