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山西大学《ACS ML》:一锅超快熔盐合成无烟煤基多孔碳,用于高性能电容式储能
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-05-14  点击数:102

  1成果简介
  多孔碳材料具有较大的比表面积和多孔通道,可提供充足的电荷存储位置并促进离子传输,因此很有希望成为超级电容器的电极。本文,山西大学朱胜、韩高义 教授团队在《ACS Materials Lett.》期刊名为“One-Pot Ultrafast Molten-Salt Synthesis of Anthracite-Based Porous Carbon for High-Performance Capacitive Energy Storage”的论文,研究提出一种从无烟煤中合成多孔碳的单锅超快熔盐法,该方法采用焦耳加热技术,在 900 °C 的温度下持续3秒钟。KCl/K2CO3 盐类的快速加热(1150 K s-1)产生了一种均匀的介质,使无烟煤脱落并活化,生成了比表面积高达 1338 m2 g-1 的多孔碳。它在 KOH 电解液中的比电容为 284.6 F g-1,超过了传统的熔盐法。用 TEBAF4/AN 电解质组装的对称超级电容器在 375 W kg-1 时的比能量为 43.9 Wh kg-1,在 10,000 次循环后仍能保持 90.1% 的容量。这项研究凸显了这种绿色、高效、超快合成方法在开发高性能储能材料方面的优越性。
  2图文导读 


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  图1. 合成无烟煤基多孔碳的两种不同方法。


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  图2. KCl/K2CO3 二元盐和无烟煤在氩气环境下的气体排放和热力学行为


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  图3. (a) HPC 和 (b) TPC 的扫描电镜图像。(c) HPC 的 TEM 图像。(d) HPC 的孔径分布和 N2 吸附/解吸等温线。(e) HPC、TPC 和无烟煤的 XRD 图样和 (f) 拉曼光谱。(g) HPC 和 TPC 的 XPS 光谱。(h) HPC 的 C 1s 和 (i) XPS 光谱。


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  图4. HPC 和 TPC 电极的电化学特性


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  图5:HPC//HPC 的电化学性能 HPC//HPC 的电化学性能
  3小结
  综上所述,我们报告了一种结合 HTS 策略的单锅超快熔盐法,用于无烟煤基多孔碳的绿色合成。HTS 产生瞬时焦耳热,温度达到 900 ℃,加热速率超过 1150 K s-1。这一过程能有效地将无烟煤转化为多孔碳,从而产生一种具有巨大比表面积和丰富孔隙结构的材料,使其非常适合应用于电容式储能。正如预期的那样,在 6.0 mol L-1 KOH 电解液中的 HPC 电极在 0.5 A g-1 的电流密度下达到了 284.6 F g-1 的比电容,优于 TPC 电极(175.5 F g-1)。在 125 W kg-1 的功率密度下,HPC//KOH//HPC 的比能量达到了惊人的 8.1 Wh kg-1。此外,它还具有出色的循环稳定性,在循环 10,000 次后仍能保持 98% 的初始电容。HPC//NaClO4//HPC 的工作电压为 2.2 V,比能量为 29.6 Wh kg-1。此外,当使用 1.0 mol L-1 TEABF4/AN 电解液时,该装置的工作电压可提高到 3.0 V。电压的增加使比能量提高到 43.9 Wh kg-1,比功率输出为 375 W kg-1。结果表明,采用超快熔盐法与 HTS 策略相结合,对合成适合储能应用的多孔碳材料非常有效。
  文献:


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