具有高功率密度的超级电容器一直备受关注。其中，碳基材料是一种重要的超级电容器电极材料。碳纤维布(CFC)作为碳材料的一种，具有高导电性、高机械强度、良好的柔性、无毒无污染和可大量制备等诸多优点。
然而，商业碳纤维布的比表面积较低，能量密度较低，所以碳纤维布一般用作衬底材料而不直接作为电极活性材料。目前针对碳布的研究主要集中在通过不同的活化方法提高碳纤维布的容量。
成果展示 近日，吉林大学张伟教授和郑伟涛教授研究团队在Journal of Energy Chemistry上发表题为“Optimizing the micropore-to-mesopore ratio of carbon-fiber-cloth creates record-high specific capacitance”的文章。该工作利用一步空气退火的方法直接活化碳纤维布，使其容量高达1324mF/cm2,并且通过调节实验条件得到具有不同多级孔结构的碳纤维布，进一步探究了多级孔结构对超级电容器电容性能的影响。该工作指出比表面积和微孔与介孔体积比例共同决定碳纤维布本身的容量，对进一步理解多级孔与电容关系，建立确定的多级孔与电容关系模型具有重要的参考价值。 图文导读 CFC在不同温度下直接退火可以得到具有多孔结构的活化碳纤维布分别记为XCFC(X为退火温度)。 随着退火温度的逐渐升高CFC的形貌发生改变，表面孔结构逐渐增多。拉曼成像和二次电子显微像(RISE)可以直观的观察到CFC表面的石墨化程度。红色、蓝色、绿色分别代表高-G/D、中- G/D，和低- G/D 区域。退火温度逐渐升高，高-G/D区域逐渐消失，整体更加趋于非石墨化。 电化学测试表明活化后的CFC电容明显提高。比表面积测试证明475CFC具有最大的比表面积为875 m2/g，但是450CFC在2mA/cm2的电流密度下具有最高的比电容高达1324mF/cm2,在1 M KOH电解液中进行测试。为了探究这一反常现象，进行了更详细的多级孔结构分析。随着退火温度的升高CFC中的微孔和介孔体积逐渐增大，但是微孔与介孔体积的比值却是逐渐减小。 当电解液离子进入到介孔中在孔壁内形成双电层继续进入到微孔中时，由于微孔与介孔体积之比变小，增加电解液离子进入微孔中的阻力，发生堵塞情况，进而孔壁的利用率下降，窄区间慢扫速的方法进一步证实了450CFC具有的这种多级孔结构能够提供更多的电化学活性表面积(EASA)。该工作证明对于比电容的提高不仅要考虑多级孔体积的影响，也要重点考虑微孔与介孔体积之比的影响。 小结 该工作证明了退火过程能够成功活化碳纤维布使其直接作为超级电容器电极的活性材料。并且深入分析比表面积，微孔介孔体积以及微孔与介孔体积之比与电解液离子的相互作用关系对整体电容性能的影响。对进一步建立完善多级孔结构与电解液离子相互作用模型具有重要意义。 文章信息 J Energy Chem
