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废弃酚醛树脂保温材料基电极材料多孔炭的制备及构效关系

         
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低成本高效杂原子掺杂多孔炭材料在高性能超级电容器的发展中起着至关重要的作用。酚醛树脂基泡沫保温板含有氮、氧元素,是制备高效多孔炭的“零”成本原料。本工作以废弃酚醛树脂外墙保温板为原料,采用化学活化法制备了用于超级电容器电极材料的多孔炭。结果表明,获得最优电化学性能的工艺条件为:活化剂KOH,碱炭质量比2∶1,活化温度600℃,活化时间2 h。该条件下制备的多孔炭的比表面积为960 m^(2)/g,孔结构以微孔和介孔为主;XRD和Raman表征发现多孔炭石墨化程度较低,主要为无定型碳结构;XPS和FTIR检测到多孔炭含有氮、氧元素。对于多孔炭的电化学性质,以3 mol/L KOH为电解液、电压窗口为-1~0 V、电流密度为0.5 A/g时,三电极系统测试得到质量比电容为315 F/g;在4 A/g的电流密度下,对称超级电容器经过20000圈循环后电容保持和库仑效率仍接近100%。在15 A/g的高电流密度下,对称两电极系统测试能量密度为27.1 Wh·kg^(-1),功率密度为7100 W·kg^(-1)。与其他单纯碳材料相比,废弃酚醛树脂基保温板多孔炭展示出更优异的电化学性能。

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