收稿日期： 2014-11-14 基金项目： 中国林科院林业新技术所基本科研业务费专项资金 （ CAFINT2013C02 ） mail： 1106548832@ qq． com 作者简介： 侯 敏（ 1988 —） ， 女， 山东潍坊人， 硕士生， 研究方向为碳质吸附材料； E* 通讯作者： 邓先伦（ 1956 —） ， mail： dengxianlun_483@ 163． com。 男， 研究员， 硕士生导师， 主要从事活性炭研究与开发工作； E-
电子技术的迅猛发展， 对超级电容器的研究也越来越多， 美国 Maxell 公司研究开发的活性炭超级电容 。为了提高超级电容器的电容量， Kalpana 等［16］首次以废报纸 Kierzek 等［17］以烟煤、 为原料制得的超级电容器用活性炭材料 ， 比电容可达 180 F / g， 中间相沥青研发的 活性炭电极材料比电容可达 320 F / g。
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H 2 （ Δ H = + 117 kJ / mol） 。 在实际活化过程中 （ 800 ℃ 以上 ） ， 还会发生以下可逆反应 ： CO + H 2 O → CO 2 + H 2 。 物理活化法制备活性炭具有工序简单 、 成本较低、 工艺成熟、 设备腐蚀小、 无污染等优点， 在制备植 但存在活化反应时间较长、 原料得率较低、 制得的活性炭吸附性能较 物果壳类活性炭时优势比较明显 ， 差等缺点。 2． 2 化学活化法 化学活化法是以 KOH、NaOH、K2 CO3 、H3 PO4 、ZnC1 2 等化学物质为活化剂制备活性炭的方法 ， 将 筛分， 与活化剂以一定比例混合， 浸渍一段时间后在一定温度（ 300 ～ 500 ℃ ） 下进行脱水炭化 原料磨细、 预处理， 然后在 500 ～ 900℃ 下进行活化， 最后将活化产物进行洗涤、 干燥即得活性炭样品。 在活化过程 中， 活化剂渗入到原料内部， 通过一系列的交联或缩聚反应而形成丰富的孔隙结构 。 KOH 活化法应用最为广泛， 化学活化法中， 被认为是制备高比表面积活性炭最为有效的方法 ， 常用 来制备高性能超级电容器用活性炭 ， 其反应机理如下
化学活化以及物理化学联合活化等制备活性炭电极材料的方法 ， 并指出了各种方法的优点及存在的问题 。 重 理活化、 点阐述了活性炭材料的比表面积 、 孔径分布及表面官能团等影响因素对超级电容器电化学性能的影响 ， 最后对活性炭电 极材料的未来发展方向进行了展望 。 关键词： 超级电容器； 电极材料； 活性炭； 电化学性能 中图分类号： TQ35 ； TQ424． 1 ； TM53 文献标识码： A 5854 （ 2015 ） 03-0059-06 文章编号： 1673-
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活性炭电极材料制备方法
活性炭具有比表面积大、 孔径结构可调整、 导电性能好、 化学稳定性高等优势， 是目前应用最多的超
级电容器电极材料。制备活性炭的原料非常丰富， 煤、 石油焦、 果壳、 酚醛树脂等富碳物质经炭化活化后 制得的活性炭都可作为超级电容器的电极材料 2． 1 物理活化法 CO2 或空气等气体作为活化 物理活化法是工业活性炭最常用的制备方法 ， 是在高温下通入水蒸气、 活化剂与炭材料发生氧化还原反应 ， 从而使炭材料的表面和内部产生丰富的孔隙结构 剂， Wigmans 产中最常用的活化剂是水蒸气 ，
［1－3 ］
。因此， 其应用市场前景广阔， 在电动汽车、 航天航空、 军事、 电子工业等诸多领域有着巨大的商
［4－5 ］
业价值
。由于储能机理的不同， 超级电容器分为双电层电容器和法拉第赝电容器 ， 前者主要以多孔
炭材料为电极材料， 在电极 / 电解液界面形成双电层来储存能量 ， 后者主要以金属氧化物或导电聚合物
Ｒesearch Progress of Activated Carbon as Electrode Material for Supercapacitor
2 2 2 HOU Min1， ，DENG Xianlun1， ，SUN Kang1， ，XIAO Fenglong2 ，YANG Hua2
（ 1． Ｒesearch Institute of Forestry New Technology， CAF，Beijing 100091 ，China； 2． Institute of Chemical Industry of CAF； National Engineering Lab． for Biomass Chemical Utilization； Key and Open Forest Products， Lab． of Forest Chemical Engineering， SFA； Key Lab． of Biomass Energy and Material，Jiangsu Province，Nanjing 210042 ，China ） Abstract： Activated carbons are considered to be the most widely used electrode materials for supercapacitor． In this paper， the working principle of supercapacitor and several preparation methods of activated carbon as electrode material including physical chemical activation， and chemphysical activation were reviewed． And the advantages and shortcomings of each method activation， were pointed out． In addition， the factors， e． g． ， the specific surface area， pore size distribution， and surface functional groups of which influenced electrochemical performances of supercapacitor， were illustrated． At last， the future development activated carbon， of activated carbon as electrode material was prospected． Key words： supercapacitor； electrode material； activated carbon； electrochemical performance
［22］ ［21］ ［18－19 ］
。 然而， 不同的活化工艺对活性炭的性能影响很
［20 ］
可以将活性炭的制备方法分为物理活化法 、 化学活化法和物理化学联合活化法 大，
。
。 工业生
Hale Waihona Puke 提出水蒸气法制备活性炭的反应式为 ： C + H 2 O →CO +
第3 期
侯 敏， 等： 超级电容器用活性炭电极材料研究进展
［23－24 ］
： （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） （ 6）
2KOH →K2 O + H2 O C + H2 O →H2 + CO CO + H2 O →H2 + CO2 K2 O + CO2 →K2 CO3 K2 O + H2 →2K + H2 O K2 O + C →2K + CO
［7－8 ］
［6 ］
1
1． 1
活性炭电极超级电容器的工作原理及实例
工作原理 活性炭电极超级电容器的工作原理如图 1 所示
［9 ］
， 活性炭电极浸在电解液中， 当施加的电压低于电
解液的分解电压时， 在电场作用下电极表面会形成紧 充电时， 电子从正极移动到负 密的双电层储存电荷， 电解液中的正负离子分别向两极移动， 在电极表 极， 面紧密排列， 形成双电层结构； 放电时， 电子通过活性 炭材料从负极移动到正极， 正负离子则从活性炭表面 重新回到电解液中
第 49 卷第 3 期 2015 年 5 月
生 物 质 化 学 工 程 Biomass Chemical Engineering
Vol． 49 No． 3 May 2015
doi： 10． 3969 / j． issn． 16735854． 2015． 03． 011
·综述评论— — —生物质材料·
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第 49 卷
［3 ］ 为电极材料， 通过活性物质发生欠电位沉积或氧化还原反应的形式储存能量 。在超级电容器的研究 中， 电极材料是影响其电化学性能的关键因素 。多孔炭材料、 金属氧化物和导电聚合物是常用的 3 种电
， 其中多孔炭材料因具有良好的充放电稳定性 、 循环使用寿命长、 成本适中等优点而受到学术 界和工业界的广泛关注。应用于超级电容器的多孔炭材料主要有活性炭 、 活性炭纤维、 炭气凝胶、 炭纳 极材料 米管等 ， 其中活性炭应用最广泛， 这是因为其比表面积大、 化学稳定性好、 成本低。 作者主要论述了 活性炭电极超级电容器的研究进展 ， 并展望了其未来的发展趋势。
超级电容器用活性炭电极材料研究进展
1， 2 1， 2 1， 2 2 2 侯 敏 ，邓先伦 ，孙 康 ，肖凤龙 ，杨 华 *
（ 1． 中国林业科学研究院 林业新技术研究所 ， 北京 100091 ； 2． 中国林业科学研究院 林产化学工业研究所 ； 生物质化学利用国家工程实验室 ； 国家林业局 林产化学工程重点开放性实验室 ； 江苏省 生物质能源与材料重点实验室 ， 江苏 南京 210042 ） 摘 要： 综述了超级电容器及其最常用的电极材料 —活性炭材料。介绍了活性炭电极超级电容器的工作原理 ， 总结了物