Ảnh hưởng của nhiệt độ chuẩn bị đến vi cấu trúc và hiệu suất điện hóa của carbon thu được từ canxi cacbua

Springer Science and Business Media LLC - Tập 17 - Trang 2453-2460 - 2013
Hao Wu1, Xianyou Wang1, Yansong Bai1, Lanlan Jiang1, Chun Wu1, Ben’an Hu1, Qiliang Wei1, Xue Liu1, Na Li1
1Key Laboratory of Environmentally Friendly Chemistry and Applications of Minister of Education, School of Chemistry, Xiangtan University, Hunan, China

Tóm tắt

Carbon thu được từ canxi cacbua (CCDC) được sản xuất bằng phương pháp clo hóa CaC2 ở các nhiệt độ khác nhau (400–800 °C) có vi cấu trúc và độ xốp có thể kiểm soát tốt, cho phép chúng hoạt động như vật liệu điện cực xuất sắc cho ứng dụng siêu tụ điện. Bài báo này tập trung vào ảnh hưởng của kích thước lỗ rỗng và diện tích bề mặt riêng (SSA) của CCDC đến hành vi điện hóa của nó. Vi cấu trúc và đặc điểm lỗ rỗng vi mô của CCDC được đặc trưng bằng các isotherm hấp thụ/khử hấp thụ N2, phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Kết quả cho thấy rằng SSA và kích thước lỗ rỗng trung bình tăng khi nhiệt độ tổng hợp tăng từ 400 °C đến 600 °C, và sau đó giảm khi nhiệt độ đạt đến 800 °C. Trong khi đó, một mối tương quan giữa điện dung riêng và SSA của các lỗ rỗng vi mô (nhỏ hơn 2 nm đường kính) đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy siêu tụ điện sử dụng CCDC được chế biến ở 600 °C làm vật liệu điện cực trong dung dịch 6 M KOH cho điện dung riêng và mật độ năng lượng tối đa (53.61 F g−1 và 7.08 W h kg−1), khả năng tỷ lệ xuất sắc, giảm IR drop và 96% giữ lại dung lượng ban đầu sau 5,000 chu kỳ.

Từ khóa

#carbon từ canxi cacbua #vật liệu điện cực #siêu tụ điện #nhiệt độ chế biến #vi cấu trúc #diện tích bề mặt riêng

Tài liệu tham khảo

Jurewicz K, Babel K, Ziolkowski A, Wachowska H (2003) Electrochim Acta 48:1491–1498 Presser V, Heon M, Gogotsi Y (2011) Adv. Mater 21(5):810–833 Yang Z, Xia Y, Mokaya R (2007) J Am Chem Soc 129:1673–1679 Vinu A, Ariga K, Mori T, Nakanishi T, Hishita S, Golberg D (2005) Adv Mater 17:1648–1652 Wang D, Li F, Liu M, Lu G, Cheng H (2008) Angew Chem Int Ed 47:373–376 Bansal RC, Donnet JB, Stoeckli F (1988) Active Carbon. Marcel Dekker, New York Liang C, Li Z, Dai S (2008) Angew Chem Int Ed 47:3696–3717 Yang RT (2003) Frontmatter in adsorbents: fundamentals and applications. John Wiley & Sons, Hoboken, NJ Kondrat S, Perez CR, Presser V, Gogotsi Y, Kornyshev A (2012) Energy Environ Sci 5:6474–6479 Chmiola J, Yushin G, Gogotsi Y, Portet C, Simon P, Taberna PL (2006) Science 313:1760–1763 Yeon SH, Osswald S, Gogotsi Y, Singer JP, Simmons JM, Fischer JE, Lillo-Ródenas MA, Linares-Solano Á (2009) J Power Sources 191:560–567 Jacob M, Palmqvist U, Peter CAA, Ekstrom T, Nygren M, Lidin S (2003) Solid State Sci 5:133–147 Osswald S, Portet C, Gogotsi Y, Laudisio G, Singer JP, Fischer JE, Sokolov VV, Kukushkina JA, Kravchik AE (2009) J Solid State Chem 182:1733–1741 Danishevski AM, Mosina GN, Smorgonskaya EA, Gordeev S, Grechinskaya AV, Jardin C, Meaudre R, Marty O (2003) Diamond Relat Mater 12:378–382 Leis J, Perkson A, Arulepp M, Kaarik M, Svensson G (2001) Carbon 39:2043–2048 Jänes A, Thomberg T, Kurig H, Lust E (2009) Carbon 47:23–29 Zheng J, Eckström TC, Gordeev SK, Jacob M (2000) J Mater Chem 10:1039–1041 Kotina IM, Lebedev VM, Ilves AG, Patsekina GV, Tuhkonen LM, Gordeev SK, Yagovkina MA, Ekström T (2002) J Non-Cryst Solids 299–302:815–819 Gogotsi YG, Jeon ID, McNallan MJ (1997) J Mater Chem 7:1841–1848 Urones-Garrote E, Avila-Brande D, Katcho NA, Gómez-Herrero A, Landa-Cánovas AR, Lomba E (2007) Carbon 45:1696–1716 Katcho NA, Urones-Garrote E, Ávila-Brande D, Gómez-Herrero A, Urbonaite S, Csillag S (2007) Chem Mater 19:2304–2309 Gogotsi Y, Nikitin A, Ye H, Zhou W, Fischer JE, Yi B, Foley HC, Barsoum MW (2003) Nat Mater 2:591–594 Wu H, Wang XY, Wang XY, Zhang XY, Jiang LL, Hu BA, Wang YP (2012) J Solid State. Electrochem 16:2941–2947 Dai CL, Wang XY, Wang Y, Li N, Wei JL (2008) Mater Chem Phys 112:461–465 Zheng LP, Wang Y, Wang XY, Li N, An HF, Chen HJ, Guo J (2010) J Power Sources 195:1747–1752 Aoki K, Tasakorn P, Chen JY (2003) J Electroanal Chem 542:51–56 Hu CC, Wang CC (2002) Electrochem Commun 4:554–559 Largeot C, Portet C, Chmiola J, Taberna PL, Gogotsi Y, Simon P (2008) J Am Chem Soc 130:2730–2731 Pell WG, Conway BE (1996) J Power Sources 63:255–256