物理化学活化技术在超级电容器碳电极中协同调控孔隙结构与功能性的应用

碳基超级电容器电极面临多孔结构无序、表面惰性及石墨化不足的挑战，本研究系统对比物理激活（N?/CO?退火）与化学激活（melamine掺杂后NaOH蚀刻）对电极材料结构及性能的影响。实验表明，化学激活形成三维互联多孔氮掺杂碳框架（N-CNFs），比电容达443 F g?1，10000次循环后保持100%电容，能量密度21.25 Wh kg?1，功率密度15.0 kW kg?1，揭示结构工程与表面化学协同调控机制。

　　

基于碳的超电容器电极面临着诸多关键挑战，包括孔结构无序、表面惰性以及石墨化程度不足等问题，这些因素导致电子传输和界面反应性能下降。本研究系统地探讨了物理或化学活化方法对碳电极材料结构和电化学性能的影响。对比分析表明，物理活化（N₂/CO₂退火）主要促使部分石墨化并使颗粒结构略微细化，而通过三聚氰胺辅助的异原子掺杂后进行NaOH蚀刻的化学活化方法则能够实现全面的结构重组。优化后的工艺将颗粒结构转化为三维互连的多孔框架，并显著提升表面活性。经过化学活化的氮掺杂层状多孔碳框架（N-CNFs）具有以下特点：（1）层次化的孔结构，介孔与微孔协同存在；（2）有效的氮元素掺入，形成氧化还原活性位点；（3）由于石墨化作用，电荷传输动力学得到改善；（4）电化学测试结果显示其性能优异，具体电容高达443 F g^–1（在1 A g^–1电流下），循环稳定性极佳，10,000次循环后仍保持100%的电容值（电流为10 A g^{–1–1–1）。这项工作为通过协同调控微观结构和表面化学性质来开发先进碳电极提供了新范例，为能量存储应用中的结构-性能关系提供了重要见解。}