椰壳纤维衍生活性炭孔隙结构与比表面对超级电容器电化学性能的影响研究

《Scientific Reports》：From hard carbon to activated carbon: influence of surface area and pore structure on the electrochemical performance of coconut rachis-derived supercapacitor electrodes

　　

摘要

超级电容器的性能取决于电极材料的结构特性及其与电解液的相互作用。本研究对硬碳（HC）和经化学处理的椰壳纤维衍生活性炭（AC）进行了对比研究，以了解孔隙率和表面积对电化学性能的作用。通过化学活化，将HC的致密结构转化为具有发达孔结构的AC，使其比表面积从32增加到约1025 m² g^?1。该AC提供了丰富的电化学活性位点，并实现了电解液离子的高效传输。利用FESEM、BET、EDX、XRD、FTIR和拉曼光谱对活化引起的结构和成分变化进行了表征。使用不同的水溶液电解质分析了HC和AC的电化学性能。在所有电解质中，由于具有发达的孔结构和高表面积，AC的电容性能均优于HC。在6 M KOH中，AC的最大比电容为201 F g^?1。使用AC在6 M KOH中组装的对称超级电容器表现出35.4 F g^?1的电芯级比电容，并且在2000次充放电循环后保留了约93%的初始电容。这些发现表明，工程化生物质衍生碳的孔结构和表面积对于提升超级电容器性能至关重要。