炭化对沥青基活性炭纤维的结构和超级电容器性能影响
Effect of Carbonization on the Structure and Supercapacitive Performance of Pitch-Based Activated Carbon Fibers
作者单位E-mail
张业琼 武汉科技大学化学与化工学院, 湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室, 武汉 43008 l  
丛野 武汉科技大学化学与化工学院, 湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室, 武汉 43008 l congye626@126.com 
张静 武汉科技大学化学与化工学院, 湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室, 武汉 43008 l  
李轩科 武汉科技大学化学与化工学院, 湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室, 武汉 43008 l
湖南大学, 先进炭材料及应用技术湖南重点实验室, 长沙 410082 
xkli524@sina.com 
董志军 武汉科技大学化学与化工学院, 湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室, 武汉 43008 l  
袁观明 武汉科技大学化学与化工学院, 湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室, 武汉 43008 l  
摘要: 以450℃低温炭化的各向异性中间相沥青基炭纤维为原料,先通过KOH化学活化方法制备出活性炭纤维(ACFs),再对ACFs进行炭化改性,以提高ACFs的导电率,系统地研究了炭化温度对ACFs微观形貌、结晶度、孔结构和超级电容器性能的影响。结果显示:经过1 200℃炭化处理的ACFs(ACFs-1200)电极具有优异的电化学性能,在0.1 A·g-1电流密度下比容量高达204 F·g-1,1 000次循环后电容保持率达到97.0%;且电流增至20 A·g-1时依然具有高比容量(149 F·g-1),表明ACFs-1200电极相比于未炭化的ACFs,其导电率、大电流密度下的比容量、循环保持率均显著提高。
关键词: 活性炭纤维  结晶度  孔结构  炭化  超级电容器
基金项目: 国家自然科学基金(No.51472186,51402221)和湖北省教育厅中青年人才项目(No.Q20151109)资助。
Abstract: The porous activated carbon fibers (ACFs) were obtained by the anisotropic mesophase pitch carbon fibers carbonized at 450℃ through a simple KOH chemical activation method. In order to improve the degree of crystallinity of the ACFs, the as-prepared ACFs were modified by carbonization. The effects of carbonization temperatures on the morphology, crystallinity, pore structure and supercapacitive performances of ACFs were systematically investigated. The ACFs carbonized at 1 200℃ (ACFs-1200) electrodes exhibit excellent electrochemical performance with a specific capacity of 204 F·g-1 at 0.1 A·g-1, which show a capacity retention of 97.0% after 1 000 cycles. Even at 20 A·g-1, the electrodes maintain a high specific capacity of 149 F·g-1. The results show that the ACFs-1200 electrodes deliver ultrahigh conductivity, high rate capacity and exceptional cycle stability compared with the non-carbonized ACFs electrodes.
Keywords: activated carbon fibers  crystallinity  pore structure  carbonization  supercapacitor
投稿时间:2018-02-05 修订日期:2018-04-11
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张业琼,丛野,张静,李轩科,董志军,袁观明.炭化对沥青基活性炭纤维的结构和超级电容器性能影响[J].无机化学学报,2018,34(8):1430-1436.
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