【复材信息】900℃，3秒！无烟煤变多孔碳！

05-26 23:11

多孔碳材料有望用于超级电容器的电极，因为它的大表面积和多孔通道可以提供足够的电荷存储点，促进离子传输。

山西大学朱胜、韩高义教授团队报告了一种从无烟煤中产生多孔碳的极快熔盐方法，采用焦耳加热技术。 900°C 下持续 3 秒。快速加热KCl/K2CO3盐(1150) K s –1 ）产生均匀介质，剥离活性无烟煤，产生比表面高达1338。 m2g–1的多孔碳。它在 KOH 表现在电解质中 284.6 F g–1比电容器，超越了传统的熔盐方法。选用 TEBAF4 /AN 3755电解质组装对称超级电容器 W kg–1下的比能量为 43.9 Wh kg–1，并且在10,000 90.1%的容量在次循环后保留。这项研究强调了这种绿色、高效、超快的合成方法在开发高性能储能材料方面的优势。

以“相关研究成果”One-Pot Ultrafast Molten-Salt Synthesis of Anthracite-Based Porous Carbon for High-Performance Capacitive Energy Storage"问题发表于《ACS Materials Letters》。

/ 图文导读 /

图1. 两种不同的生成无烟煤基多孔碳的方法

图2. KCl/K2CO3 在氩气环境中，二元盐和无烟煤的气体排放和热学行为

图3. (a) HPC 和 (b) TPC 扫描电镜图像。(c) HPC 的 TEM 图像。(d) HPC 孔径分布和 N2 等温线的吸附/分析。(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。

图4. HPC 和 TPC 电极的电化学特性

图5：HPC//HPC 电化学性能 HPC//HPC 电化学性能

/ 结论 /

1. 材料生成效率高:“一锅法超快熔盐生成”与高温热冲击相结合（HTS）战略，在不到6秒的时间内，将无烟煤转化为多孔碳材料。在HTS方法下，多孔碳（HPC）比率表面达到1338。 m⊃2;/g，与传统的管式炉法相比（TPC）的688 m⊃2;/g高出一倍以上。

2. 多孔材料推广:HTS方法制备的多孔碳具有明确的纳米片结构和丰富的微孔结构。与传统的管式炉法相比，HTS方法产生的多孔碳具有更多的电化学活性点和更快的离子传输能力。

3. 优异的电化学性能：6 mol/L 在KOH电解液中，HPC的比电容为284.6 F/g，TPC显著优于175.5. F/g。超级电容对称（HPC//KOH//HPC）在125 W功率密度为/kg，能量密度为8.1 Wh/kg，并在10000次循环后保持98%的容量。

4. 多电解质系统适应性强：17.0 mol/kg 在NaClO4电解液中，HPC//NaClO4//HPC设备的工作电压扩展到2.2 V，能量密度达到29.6 Wh/kg，功率密度为16.5 kW/kg。在1.0 mol/L 在TEABF4/AN有机电解液中，HPC//TEABF4//HPC设备的工作电压扩展到3.0 V，能量密度达到43.9 Wh/kg，功率密度为375 W/kg，并且在10000次循环后保持90.1%的初始电容。

5. 可靠性和耐久性:HPC材料具有优异的循环稳定性和库仑效率。在各种电解质环境下的1万次充放电循环中，库仑效率接近100%，耐久性极佳。

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