超交联聚萘基微孔炭的制备及其电化学性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240163

摘要/Abstract

摘要：

超交联聚合物具有稳定的化学性质、较高的比表面积和孔隙率，使其在诸多领域均展现出广阔的应用前景。本文采用外交联剂“编织”法制备超交联聚萘基聚合物（MON），以其为前驱体，采用化学活化法制备超交联聚萘基微孔炭（MONC-800-1、MONC-800-2和MONC-800-3）。结果表明，MONC-800-2的比表面积达2002.90 m²/g，微孔率为90.10%。在1.0 A/g电流密度下，MONC-800-2的比电容为254.0 F/g。组装成对称型超级电容器，比电容为43.0 F/g，功率密度为500 W/kg时，能量密度为5.97 Wh/kg。循环5000次依然具有94.55%的电容保持率和99.91%的库伦效率。该研究为超交联聚合物衍生炭材料应用于超级电容器储能提供参考。

关键词: 超级电容器, 电极材料, 炭材料, 前驱体, 超交联聚合物

Abstract:

With superior chemical stability， high specific surface area and porosity， the hypercrosslinked polymers are of great interests in the field of energy conversion and storage. Here， a hypercrosslinked poly（naphthalene-based） polymer （MON） was synthesized using an external cross-linking agent via a novel “knitting” method. Following this， MON-derived microporous carbon （MONC-800-2） was prepared via chemical activation for advanced supercapacitors. The MONC-800-2 features a high specific surface area of 2002.90 m2/g and microporosity of 90.10%. The MONC-800-2 shows a superior specific capacity of 254.0 F/g at current density of 1.0 A/g. Consequently， the assembled symmetrical supercapacitor with MONC-800-2 displays a high specific capacity of 43.0 F/g， superior cycling stability （with a capacity retention rate of 94.55% at 2.0 A/g over 5000 cycles）， high Coulomb efficiency of 99.91%， and good energy density of 5.97 Wh/kg at a power density of 500 W/kg. This work offers valuable insights into the application of hypercrosslinked polymers-derived carbon materials in supercapacitors.

Key words: Supercapacitor, Electrode material, Carbon material, Precursor, Hypercrosslinked polymer

中图分类号:

O646.5

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图/表 10

图1 MON的（A）FT-IR和（B）TGA-DTG曲线

Fig.1 （A） FT-IR and （B） TGA-DTG curves of MON

图2 MONC-800和MONC-800-A的拉曼谱图

Fig.2 Raman spectra of MONC-800 and MONC-800-A

图3 MONC-800-A的XRD谱图

Fig.3 XRD spectra of MONC-800-A

图4 MONC-800和MONC-800-A的N2吸/脱附曲线（A）和孔径分布曲线（B）

Fig.4 N2 absorption/desorption （A） and aperture distribution （B） curves for MONC-800， MONC-800-1， MONC-800-2 and MONC-800-3

表1 MONC-800和MONC-800-A的比表面积及孔隙参数

Table 1 Specific surface area and parameters of pore space of MONC-800 and MONC-800-A

Sample	S_BET/（m²·g^-1）	S_micro/（m²·g^-1）	S_micro·S_BET^-1/%	V_total/（cm³·g^-1）	D_average/nm
MONC-800	588.75	495.67	84.19	0.65	4.44
MONC-800-1	1 785.57	1 613.97	90.38	1.49	3.33
MONC-800-2	2 002.90	1 804.66	90.10	2.03	4.04
MONC-800-3	1 756.35	1 392.10	79.26	2.05	4.68

图5 MON和MONC-800-2的（A、B）SEM图像、（C、D）TEM图像和（E、F）EDS-mapping图像

Fig.5 （A，B） SEM，（C，D） TEM and （E，F） energy dispersive spectroscopy-mapping images of MON and MONC-800-2

图6 MONC-800和MONC-800-A的电化学性能A. Galvanostatic charge-discharge curves at a current density of 1.0 A/g； B. Specific capacitance decay curves at different current densities； C. Cyclic voltammetry curves at a scan rate of 10 mV/s； D. Electrochemical impedance spectroscopy

Fig.6 Electrochemical performance of MONC-800 and MONC-800-A

图7 MONC-800-2的电化学性能A. Galvanostatic charge-discharge curves at different current densities； B. Cyclic voltammetry curves at different scan rate； C. Linear relationship between scan rate and peak cathode and anode

Fig.7 Electrochemical performance of MONC-800-2

图8 超级电容器的组装示意图

Fig.8 Assembly diagram of supercapacitor

图9 SSC的电化学性能A. Galvanostatic charge-discharge curves at different current densities； B. Cyclic voltammetry curves at different sweep speeds； C. Cyclic stability curve； D. Coulomb efficiency curve

Fig.9 Electrochemical performance of SSC

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