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碳气凝胶制备工艺及应用来源：纺织导报。
碳气凝胶作为一种新型轻质纳米多孔无定形炭素材料，具有比表面积高、质量密度低、纳米级连续孔隙、纳米级骨架碳微粒以及非晶态的结构等特性，在力学、声学、电学、热学以及光学等领域具有广阔的应用价值。
碳气凝胶制备工艺碳气凝胶制备工艺流程分为溶胶-凝胶过程、溶剂置换及干燥、炭化、活化处理等步骤。
溶胶-凝胶过程碳气凝胶合成过程中溶胶-凝胶法是其关键一步。
碳气凝胶的三维结构形成于溶胶-凝胶过程，随后的酸交联老化、溶剂交换、超临界干燥和炭化过程主要是为了保持碳气凝胶的三维网络结构不被破坏。
能够经过炭化保持气凝胶结构的前驱体，首先必须具有热固性（即具有交联结构），否则炭化将破坏凝胶结构。
溶胶-凝胶聚合过程直接影响相分离过程，从而影响最终的凝胶结构。
溶剂置换及干燥碳凝胶形成后要进行溶剂置换，以避免其在后续干燥过程中因收缩而造成结构坍塌。
置换时使用的溶剂一般为非水溶剂（甲醇、乙醇、异丙醇和丙酮等），反复多次，直至将无机溶剂置换完全。
溶剂置换后，对有机凝胶进行干燥处理，常见的干燥方法有常压干燥、冷冻干燥、超临界干燥三种，相对应的干燥产物分别为干凝胶、冷凝胶和气凝胶。
炭化气凝胶的炭化，需要将干燥完的气凝胶在惰性气氛或真空条件下进行高温煅烧，以除去其中的含氧、含氢官能团，使之转化成相对应的碳气凝胶。
炭化过程中需要严格控制炭化温度、升温速率、炭化时间等条件。
活化处理碳气凝胶活化处理可以优化其孔结构和表面形貌，改善其性能，从而满足特定的应用需求。
目前，常用的活化方法有物理活化（一般为CO2活化）和化学活化（一般为KOH活化）两种。
CO2活化可以保持碳气凝胶微球的中孔结构，有利于离子或电子在其内部进出传输；而KOH活化则有利于碳气凝胶微孔的形成，可以增大其电化学活化表面积。
两种活化方法均能有效地提高碳气凝胶的电化学性能，活化后的碳气凝胶比容量最高可为活化前的3倍。
碳气凝胶应用燃料电池电催化剂载体或电催化剂碳气凝胶及其复合材料因具有比表面积大、电化学性能稳定以及导电性等特点，在燃料电池中主要被作为电催化剂的载体或直接作为电催化剂。
碳气凝胶电容去离子
碳气凝胶电容去离子是指使用碳气凝胶材料作为电容器的极板，利用其高比表面积和优良的电化学性能，实现对离子的去除或分离作用。
碳气凝胶材料具有亲水特性，能够吸附水中的离子，如钠离子（Na+）和氯离子（Cl-），从而实现淡化、去除水
中的离子杂质。
碳气凝胶电容去离子的工作原理是通过施加电压，利用电场效应将溶液中的离子通过碳气凝胶电容器的孔隙结构吸附到极板上，从而将离子从溶液中分离出来。
经过一段时间的运行，碳气凝胶电容器上的离子会达到饱和吸附状态，需要对电容器进行处理或再生。
碳气凝胶电容去离子具有高效、快速、可再生等特点，广泛应用于水处理、海水淡化、废水处理等领域。
与传统的离子交换树脂相比，碳气凝胶电容去离子不需要再生酸碱溶液，不产生废液，对环境友好。
同时，碳气凝胶材料具有良好的化学稳定性和耐久性，可多次循环使用，具有较长的使用寿命。
气凝胶研究报告
气凝胶是一种微孔材料，具有极高的比表面积和较大的孔隙度。
由于其独特的性质，气凝胶在众多领域具有广泛应用前景，包括能源储存、热隔离、环境治理、生物医学等。
本研究报告主要探讨了气凝胶的制备方法、性质及其在能源领域的应用。
首先，我们采用溶胶-凝胶法制备了气凝胶材料。
通过控制溶
液中的物质浓度、pH值以及反应时间，成功制备出了均匀分
散的气凝胶样品。
研究结果表明，制备条件的优化对气凝胶的孔隙结构和比表面积具有重要影响。
其次，我们对气凝胶的性质进行了表征。
扫描电子显微镜观察结果显示，气凝胶呈现出均匀的多孔结构，孔隙大小在几纳米到几十微米之间。
比表面积测试结果表明，气凝胶的比表面积可达到上千平方米/克，具有较高的吸附性能。
最后，我们研究了气凝胶在能源领域的应用。
实验结果表明，气凝胶可以用作超级电容器的电极材料，具有较大的电容量和较低的内阻。
此外，将气凝胶材料应用于储能材料的电解液中，可以提高电池的存储容量和循环寿命。
总结起来，本研究通过溶胶-凝胶法制备了高品质的气凝胶材料，并对其进行了详细的性质表征。
研究结果显示，气凝胶在能源领域具有广泛的应用前景。
然而，目前对气凝胶制备方法和性质的研究还有待深入探索，以进一步改进气凝胶的性能和应用范围。
碳气凝胶的制备碳气凝胶是一种具有高比表面积、孔径分布均匀、化学稳定性好等特点的新型多孔材料，因其独特的物理化学性质在电化学储能、气体吸附、催化剂载体等领域得到广泛应用。
本文将从碳气凝胶的制备方法、影响因素以及应用领域三个方面进行详细介绍。
一、碳气凝胶的制备方法碳气凝胶的制备方法主要包括溶胶-凝胶法和超临界干燥法两种。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种将有机物或无机物溶解在适当的溶剂中，形成均质混合液后，通过水解和缩聚反应形成凝胶，再通过热处理或炭化得到碳气凝胶的方法。
常用的有机物包括甲醛、聚乙二醇等，无机物包括硅酸乙酯等。
2. 超临界干燥法超临界干燥法是将前驱体在超临界状态下进行处理，形成碳气凝胶的方法。
该方法具有制备时间短、无需热处理等优点。
常用的前驱体包括聚苯乙烯、聚苯硫醚等。
二、影响碳气凝胶制备的因素1. 前驱体种类和浓度不同前驱体对碳气凝胶的孔径大小和比表面积有不同的影响，同时浓度也会影响孔径大小和分布。
2. 水解剂和缩聚剂水解剂和缩聚剂对凝胶形成速率、孔径大小和分布都有很大影响。
3. 热处理条件热处理温度、时间和气氛对碳气凝胶的孔径大小、比表面积、电化学性能等都有很大影响。
三、碳气凝胶的应用领域1. 电化学储能领域由于碳气凝胶具有高比表面积和良好导电性，因此可以作为超级电容器电极材料，用于储能。
2. 气体吸附领域由于碳气凝胶具有多孔结构，因此可以作为吸附材料，用于气体分离和储存。
3. 催化剂载体领域由于碳气凝胶具有高比表面积和孔径大小可调的特点，因此可以作为催化剂载体，用于催化反应。
总之，碳气凝胶作为一种新型多孔材料，在电化学储能、气体吸附、催化剂载体等领域具有广泛的应用前景。
其制备方法和影响因素的研究也将为其应用提供更好的基础。
超级电容器的发展及应用作者：杨淳冰来源：《中国科技纵横》2020年第07期摘要：超级电容器因具有循环寿命长、容量大、污染小，可快速进行充/放电等优点，在电子、军事、新能源等高新技术领域得到广泛应用。
其性能主要由电极和电解质的性能水平决定。
鉴于此，本篇文章综合概述了超级电容器的发展历程，并浅析了超级电容器中的关键技术，即对电极材料和电解质的相关理论和应用进行探究，由此延伸出超级电容器在高新技术领域的具体应用。
关键词：超级电容器;性能水平;发展历程;具体应用中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）07-0093-021超级电容器的历史发展电容器最早出现是在18世纪中叶，莱顿瓶被公认为所有电容器的鼻祖。
1957年，美国人Becker获得了双电层电容器的专利，为超级电容器的发展奠定了基础。
20世纪60年代，超级电容器不断推陈出新，并于80年代逐渐走向市场。
1969年美国标准石油公司（SOHIO）首次实现了碳材料电化学电容器的商业化。
1979年日本NEC公司将超级电容器推向市场，引起人们广泛关注。
20世纪90年代，俄罗斯的Econd 公司和Elit公司又推出了適合于大容量、高功率场合的电化学电容器。
如今，Panasonic、NEC、EPCOS、Maxwell等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃，美国、日本、俄罗斯仍处于世界领先地位。
与国外相比，我国超级电容器的研究起步较晚，始于上世纪90年代末。
2008年之前，电极技术曾一度制约了我国超级电容器行业的发展。
但随着核心电极技术的突破，国内相关企业又从高分子科学角度出发，自主研发干法电极技术，为中国汽车行业的超级电容应用和干法电极电池的发展奠定了坚实基础。
在超级电容的电解液方面，我国很多厂家已经占据了主导地位。
有些公司正在研究将新型材料与特定的加工工艺相结合，来改善现有电解液的缺点，以进一步提升超级电容器的工作性能，拓展新的应用领域[1]。
炭气凝胶的制备及其在电化学方面的应用摘要：本文通过溶胶-凝胶工艺、老化处理、超临界干燥再经炭化处理来制备炭气凝胶。
近年来，炭气凝胶由于其独特的结构性能在电化学等方面有着广阔的应用前景，引起人们越来越多的关注。
关键词：炭气凝胶；制备；电化学；应用1 炭气凝胶概述炭气凝胶是一种以纳米炭颗粒堆叠而成的以中孔为主的新型多孔炭材料，具有很高的比表面积和发达的孔结构。
相对于活性炭，活性炭纤维等传统多孔炭材料，炭气凝胶具有独特的结构与性能：中孔丰富而且中孔孔径易于剪裁、微孔分布在纳米炭颗粒表面、导电性能优异等等[1，2]。
自从1988年[3]问世以来，炭气凝胶一直是多孔炭材料研究的前沿之一。
1994年科学家就预言，利用炭气凝胶作为电极材料能制备出高容量和高功率密度的超级电容器[4]。
自此，炭气凝胶在储电方面的应用引起人们的重视。
多年研究发现，炭气凝胶的电化学性能深受炭气凝胶的比表面积、孔隙率、孔径分布、密度、掺杂和活化等结构参数和改性条件的影响[5-8]．在20世纪90年代初，由Pekala R W等人[9]首次制备炭气凝胶成功。
炭气凝胶一般采用间苯二酚和甲醛为原料，经溶液-溶胶-凝胶、溶剂置换、超临界干燥和炭化等过程制备而成。
由于其具有比表面积高(400～1000 m2/g)、密度变化范围宽(0.05～1.0 g/cm3)、孔径结构可调、导电率高(约25 S/cm)等特点，而成为高容量和高功率密度双电层电容器(EDLC)的理想电极材料[10]。
炭气凝胶虽然性能优良，但由于其制备过程中的超临界干燥工艺必须在高温高压下进行，具有一定的危险性，而且制备周期长，生产成本高，因而限制了炭气凝胶的推广和应用。
近年来常温常压干燥工艺由于具有设备简单，容易操作和成本低廉等优点，引起了人们的广泛关注[11,12]。
常温常压条件下干燥时，由于气液界面产生的张力，凝胶网络结构通常会产生收缩、破裂等现象，保持完整的凝胶结构较为困难，因此选用沸点低和表面张力低的醇代替水作溶剂则可以通过降低毛细张力，使常温常压干燥成为可能[13]。
碳基气凝胶制备方法碳基气凝胶是一种具有高比表面积、低密度和优异催化性能的新材料，因其良好的应用前景备受研究者的关注。
本文将介绍碳基气凝胶的制备方法，并探讨其应用领域。
碳基气凝胶的制备方法主要有两种：基于模板法和无模板法。
基于模板法是在有机或无机模板的帮助下制备气凝胶，然后通过高温炭化去除模板物质，得到碳基气凝胶。
无模板法是在无模板条件下，通过溶胶凝胶法和超临界干燥法制备气凝胶，然后通过高温炭化得到碳基气凝胶。
对于基于模板法，常用的模板有硅胶、聚苯乙烯、介孔二氧化硅等。
以硅胶为例，制备碳基气凝胶的方法如下：首先，将硅胶放入氯化钠溶液中，使其膨胀。
然后，将硅胶放入含有乙酰丙酮和异丙醇的溶液中，使其浸泡。
接着，将硅胶放入硝酸铜溶液中进行浸泡，再用乙醇洗涤硅胶。
最后，将硅胶进行热解，去除模板，得到碳基气凝胶。
对于无模板法，常用的方法有溶胶凝胶法和超临界干燥法。
以溶胶凝胶法为例，制备碳基气凝胶的方法如下：首先，将硅烷和正丙醇混合后加入稀盐酸中，得到硅烷胶体。
然后，加入异丙醇和水后进行搅拌，得到溶胶。
接着，将溶胶加入模具中，进行凝胶。
最后，将凝胶进行热解，得到碳基气凝胶。
碳基气凝胶具有广泛的应用前景。
由于其高比表面积和低密度，可以应用于电化学储能、吸附分离、催化剂载体等领域。
在电化学储能领域中，碳基气凝胶可以作为超级电容器和锂离子电池的电极材料。
在吸附分离领域中，碳基气凝胶可以作为气体吸附剂、水处理剂等。
在催化剂载体领域中，碳基气凝胶可以作为负载催化剂的载体。
碳基气凝胶是一种具有广泛应用前景的新材料。
其制备方法主要有基于模板法和无模板法。
基于模板法是在有机或无机模板的帮助下制备气凝胶，然后通过高温炭化去除模板物质，得到碳基气凝胶。
无模板法是在无模板条件下，通过溶胶凝胶法和超临界干燥法制备气凝胶，然后通过高温炭化得到碳基气凝胶。
碳基气凝胶具有广泛的应用领域，包括电化学储能、吸附分离、催化剂载体等。
炭气凝胶为电极的超级电容器的研究Ξ孟庆函,刘 玲,宋怀河,凌立成(北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室,北京100029)摘 要: 采用低分子线性酚醛树脂2糠醛为原料通过溶液2溶胶2凝胶途径成功合成了炭气凝胶,探讨了结构对电化学性能的影响。
采用直流循环法测定炭气凝胶为电极的超级电容器的电化学性能,结果表明,炭气凝胶电极在0.5mA充放电时电极的比电容为121F/g,充放电效率为95%,具有性能稳定、充放电效率高等优良性能。
关键词: 炭气凝胶;超级电容器;电化学性能中图分类号: T M53 文献标识码:A文章编号:100129731(2004)04204572031 引 言超级电容器是一种介于物理电容和蓄电池之间的新型储能装置,其电容值是传统电容器的20～200倍,集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身。
由于具有快速贮存、释放能量的优点,超级电容器在以绿色电源为动力的电动汽车研究领域中,为加速和爬坡提供能量而受到了广泛的关注[1]。
超级电容器根据储能机理的不同,主要分为活性炭基以及金属氧化物和聚合物超电容等。
研究最早和技术最成熟的是炭材料,其发展先后主要出现了活性炭材料、活性碳纤维,以及新近出现的炭气凝胶、碳纳米管等[2]。
炭气凝胶是一种新型轻质纳米级多孔性非晶炭素材料,其孔隙率高达80%～98%,典型孔隙尺寸< 50nm,网络胶体颗粒尺寸3～20nm,比表面积高达600～1000m2/ g,密度为0.05～0.80g/cm3,是一种具有许多优异性能(如导电性、光导性和机械性能等)和广阔的应用前景的新型材料[2,3]。
炭气凝胶与活性炭相比,导电性要高1～2个数量级。
1994年,美国LLN L预言利用炭气凝胶作为电极材料能制备出高容量和高功率密度的超级电容器[4]。
对炭气凝胶的电学性能测试结果表明[5]炭气凝胶的电导率很高(约25S/cm),且在一个很宽的温度范围内(50～300K)保持基本不变,因此用炭气凝胶作为电极材料制作的超级电容器可选择使用适当的电解液。
但目前研究的重点主要是炭气凝胶的合成,其应用于电极的报道很少。
本文采用低分子线性酚醛树脂2糠醛为原料通过溶液2溶胶2凝胶途径成功合成了炭气凝胶,并探讨了结构对电化学性能的影响。
2 实 验2.1 炭气凝胶的制备将酚醛树脂PR(线性软化点75℃)、糠醛(摩尔比1∶2)和催化剂(0.005mm ol/100gPR)混合配成一定浓度的丙醇溶液,在80℃下反应7d形成醇凝胶,在超临界石油醚中干燥1h形成酚醛气凝胶,将该气凝胶在800℃炭化3h产生炭气凝胶。
2.2 炭气凝胶的孔结构及电镜表征2.2.1 孔结构测试采用意大利公司生产的S orptomatic1990物理吸附仪测定炭气凝胶的BET比表面积和孔结构分布。
2.2.2 透射电镜表征把样品放在玛瑙研钵中在无水乙醇介质中研磨,用超声波分散20min,把悬浮溶液点滴于铜网上,用日立H6000电子显微镜观察拍照。
2.3 炭气凝胶电极的制备炭气凝胶电极的制造:炭气凝胶∶聚四氟乙烯=98%∶2%;将混合物充分混合均匀压在泡沫镍上制成厚约0.4mm的圆片状电极,炭气凝胶用量为15mg。
电解液为30%K OH溶液。
2.4 电化学测量与比电容的计算超级电容器的电化学测量采用直流循环法测定,所有测定工作在美国Arbin公司生产的BT24+型电池测试仪上完成。
测量时温度保持在25℃。
炭气凝胶比电容C(F/g)按公式(1)进行计算[6]:C=2i×ΔtΔV×m(1) i为放电电流(A),Δt(second)是在放电时电压变化ΔV (v olt)时的放电时间,m为单个电极中炭气凝胶的用量(g)。
3 结果与讨论3.1 炭气凝胶的结构将所制备炭气凝胶进行透射电镜表征,结果如图1所示。
炭气凝胶具有珍珠串式的纳米网络结构,炭化后炭气凝胶基本继承了气凝胶的显微结构,网络结构更加致密。
图2为所制炭气凝胶样品的低温氮气吸脱附等温线。
从中可以看出,按照B2 D2D2T法分类属于Ⅳ型等温线。
吸附等温线的初始部分代表活性炭的微孔充填,在较高相对压力下平台的斜率或“拖尾”则是非微孔表面(如中孔或大孔以及外表面)上的多层吸附所致。
从图中可以看出,样品的等温线有拖尾现象,且其脱附等温线在高压区与吸附等温线不重合,说明该样品中有大量中孔的存在。
根据吸附量计算出比表面积为654m2/g,孔容1.45cm3/g,平均孔径8.89nm。
图3是炭气凝胶的孔结构分布图。
炭气凝胶的孔径主要分布在1～11nm之间,特别是在10nm附近有较强的分布。
这部分孔容对于炭气凝胶电极比电容的上升有比较重要的作用,有利于电解液和炭电极充分接触,增加炭电极的电化学有效表面积。
754孟庆函等:炭气凝胶为电极的超级电容器的研究Ξ基金项目:国家自然科学基金资助项目(50272070);北京化工大学青年教师基金资助项目(QN0249)收稿日期:2003209205 通讯作者:孟庆函作者简介:孟庆函 (1973-),男,山东郯城县人,博士,讲师,从事超级电容器电极材料的研究。
图1 炭气凝胶的TE M 电镜照片Fig 1TE M photographs of carbonaerogels图2 炭气凝胶的吸附和脱附等温线Fig 2Nitrogen ads orption/des orption is otherms of carbon aerogels图3 炭气凝胶孔容随孔径分布图Fig 3P ore size distribution of carbon aerogels3.2 炭气凝胶的电化学性能图4是炭气凝胶电极不同电流放电曲线。
图4 炭气凝胶电极不同电流放电曲线Fig 4Discharge curves of the carbon aerogel electrodes with differentcurrent 由图4可知,不论是0.5mA 还是5mA 大电流放电,放电曲线都是一条直线,说明炭气凝胶的电化学性能非常稳定。
根据公式计算不同放电电流下炭气凝胶电极的比电容(图5)。
可知随充放电电流的增加,炭气凝胶的比电容下降,是由于放电电流增大时,溶液中的离子更不容易进入炭气凝胶更小的孔中,使得可利用的表面积有所减小,从而容量降低。
0.5mA 充放电时电极的比电容为121F/g ,而2mA 充放电时下降到93F/g ,但当充放电电流增大到5mA 时,其比电容的下降趋势缓慢,与2mA 充放电时相比仅仅下降3%,说明炭气凝胶电极具有优良的大电流充放电能力。
图5 炭气凝胶放电电流对比电容的影响Fig 5E ffect of the different currents on the specific capacitance of thecarbon aerogel electrodes 图6为不同负载情况下的放电曲线。
从工作原理上看,电极的内阻主要来自溶液扩散阻力和炭颗粒与颗粒之间以及电极和集流体之间的接触电阻。
可以看出,当电压由0.9V 下降到0.4V 时,不同电阻的放电时间变化不大,说明随着放电电流的增加比电容变化小,也就是说适合大电流放电。
而当0.4V 以后,当电阻较小时,随着放电时间增加电压迅速下降,几乎为一条直线,而随着电阻增加。
电压下降幅度减缓。
电阻小时大电流放电,放电时间短;随着电阻增加,电流密度减小,放电时间延长。
原因是在放电初期都是由炭气凝胶外表面和孔道周围容易形成双电层的表面积进行放电,到达一定程度后,内阻较高的内表面开始放电,分界电压为0.4V 。
另外,炭气凝胶电极的恒压充电测试结果表明(图7),在60s 的充电时间内,充电电流从开始的32mA 迅速下降到1mA ,充电电流已接近电容器的漏电流0.5mA ,表明此时电容器已经处于充满状态,再次验证了超级电容器适合大电流充放电的特性。
在充电过程中,溶液中的离子在电场的作用下向电极表面移动并进入双电层,使得扩散层内存在离子的浓度梯度。
充电结束后,扩散层中的离子浓度迅速下降,从而造成电压迅速下降直至扩散层电位趋近于零。
但分散层中的离子向本体扩散而造成漏电。
如果恒压足够长时间以使扩散层内离子浓度梯度减小为零,则此时记录得到的电流曲线为双电层的漏电电流。
图6 炭气凝胶电极恒负载放电时放电电压的变化Fig 6Relationship of v oltage and time of carbon aerogel electrode underconstant resistance854功 能 材 料2004年第4期(35)卷图7 炭气凝胶电极恒压0.9V 充电时充电电流的变化Fig 7Relationship of charge current and time of carbon aerogel electrodeunder constant 0.9V 将电容器在电池测试仪上进行恒功率放电研究,恒功率放电区间为0.9～0V 。
图8显示了电容器在功率密度为1mW 条件下放电曲线图,表明电容器具有很好的功率特性。
由图可以看出在恒功率放电时,电压匀速下降,同时放电电流增加,当电压下降到0.2V 时,在2.5s 内,放电电流由5mA 迅速增加到37mA ,放电电流迅速增大侧面说明炭气凝胶电极具有大电流放电的能力,图9炭气凝胶电极的充放电效率曲线表明,在260个循环范围内,电容器始终保持95%的充放电效率,具有充放电效率高、性能稳定等优点。
图8 炭气凝胶电极恒功率放电曲线Fig 8Discharge curve of carbon aerogel electrode under constant power图9 炭气凝胶电极的充放电效率曲线Fig 9Charge 2discharge efficiency of carbon aerogel electrode4 结 论炭气凝胶具有中孔含量高、孔容大,平均孔径宽达8.89nm 的优良特点;炭气凝胶电极的电化学测试表明炭气凝胶在0.5mA 充放电时电极的比电容为121F/g ,充放电效率为95%,具有性能稳定、充放电效率高、适合于大电流充放电等优良性能。
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