果殼活性炭與電化學(xué)的性能分析
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果殼活性炭質(zhì)材料從基本結(jié)構(gòu)上可分為晶態(tài)果殼活性炭和無(wú)定形果殼活性炭。晶態(tài)果殼活性炭有三種晶狀體：金剛石四面體結(jié)構(gòu)、石墨層型結(jié)構(gòu)和C60球烯結(jié)構(gòu)。無(wú)定形果殼活性炭則為這三種基本微晶結(jié)構(gòu)的雜合體?；疚⒕ЫY(jié)構(gòu)的不同決定了果殼活性炭質(zhì)材料的電性能差異很大，果殼活性炭基果殼活性炭質(zhì)材料以其多孔性及比電阻小，且不隨溫度、濕度、電壓、電流波動(dòng)而變化、具有充放電性能穩(wěn)定及能在廣泛的溫度范圍內(nèi)使用等優(yōu)良特性而越來(lái)越受到電子專家的親睞，主要作為制備體積小、容量大的電子元件的電極材料。當(dāng)果殼活性炭與電解液接觸時(shí)，就會(huì)在界面形成雙電層，從而構(gòu)成電荷存儲(chǔ)場(chǎng)所。
一般說(shuō)來(lái)，果殼活性炭的比表面積越大，形成的僅電層就越多.能儲(chǔ)存的能量就越大。實(shí)際上，由于果殼活性炭比表面積與其結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，作為儲(chǔ)能用的果殼活性炭材料，其表面積一般在1000?3000m2/g之間。就雙電層電容器的制造來(lái)說(shuō)，尋找合適的果殼活性炭材料成為至關(guān)重要的步驟.雖然我國(guó)是一個(gè)果殼活性炭生產(chǎn)和出口大國(guó)，但由于對(duì)雙電層電容器的認(rèn)識(shí)和研究剛剛起歩，能夠fH于雙屯層屯容器屯極材料的廠家非常少。
雙電層電容器所用電解質(zhì)的不同，對(duì)多孔果殼活性炭質(zhì)電極材料孔隙結(jié)構(gòu)的要求相同.然而有一點(diǎn)是相同的，即適合于該電解質(zhì)分子大小孔的孔容積越大，堆積密度越大，能量密度也就越大。這就需要開(kāi)發(fā)比表面積大、充填密度也大的果殼活性炭。由于果殼活性炭材料的比表面積、孔徑分布、材料的電導(dǎo)率以及表而狀態(tài)是影響超級(jí)電容器性能的重要指標(biāo)'因此果殼活性炭材料的研究目標(biāo)是制備具有髙比表面積、合理孔徑分和較小內(nèi)阻的電極材料。多種炭材料用于超級(jí)電容器，如果殼活性炭、果殼活性炭纖維、果殼活性炭納米竹和炭氣凝膠。
果殼活性炭在雙電層電容器中是怎樣使用的
果殼活性炭也是雙電層電容器（EDLC）使用最多的電極材料，早在1954 年就有以果殼活性炭用于EDLC電極的專利。
—般認(rèn)為果殼活性炭的比表面積越大，其比容就越通常認(rèn)為用大比表面積的電極材料來(lái)獲得高比容量。因?yàn)镋DLC主要靠電解液進(jìn)入果殼活性炭的空隙形成雙電層儲(chǔ)存電荷，一般認(rèn)為水溶液中果殼活性炭材料中2nm的孔對(duì)形成雙電層比較有利，如小于2nm一下的孔則很少有雙電層形成，對(duì)非水電解液， 則該孔徑為5nm,因?yàn)榭讖竭^(guò)小時(shí),電解質(zhì)溶液很難進(jìn)入并浸潤(rùn)這些微孔, 因此這些微孔所對(duì)應(yīng)的表面積就成為無(wú)效及面積,所以需要對(duì)果殼活性炭的孔徑和比表面積選擇一個(gè)最佳范圍值,用以提高中孔的含量、充分利用有效表面積，從而增大電極的比容。
自20世紀(jì)70年代以來(lái)，人們?yōu)榱双@得高比容量的果殼活性炭(activatcdcarban，簡(jiǎn)稱AC 電極材料進(jìn)行了大量的工作，目前用氫氧化鉀溶液活化的AC電極比容量最高可達(dá)400F/g ，張寶宏 等人采用Co+真空浸漬、堿性處理的方法對(duì)AC屯極進(jìn)行了修飾，結(jié)果表明，修飾后的AC電極比容量提高了 26,80%,電容器經(jīng)1000次循環(huán)使用，電容器仍保持在91%以上， 且該電容器漏電電流較小，其原因是Co修飾后的Ac屯極不僅產(chǎn)生雙電層電容，還產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)的法拉第準(zhǔn)電容，它是Co和AC協(xié)同作用的結(jié)果。鄧梅根等人的實(shí)驗(yàn)表明，用比表面積為2000m2/g、孔徑在2?20nm的果殼活性炭，在水系和非水電解質(zhì)中獲得280F/g和120F/g的比容，這是目前果殼活性炭材料所能達(dá)到的最大比容。
