0 引 言

超级电容器，又称为电化学电容器或超大容量电容器，是一种介于电池与普通电容之间兼备二者特点的新型储能器件[1-4]。其具有能量密度高、充放电速度快、循环寿命长、使用温度范围宽、免维护和经济环保等优点[5-8]，在数字通信、电动汽车和高性能电源等领域具有广阔的应用前景。

目前，研究主要集中在Faraday赝电容器和双电层电容器两种类型[9-10]。前者采用过渡金属氧化物或导电聚合物做电极材料，在电极表面或体相中的二维或三维空间，电极活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容[11-12]。后者采用高比表面积炭电极材料，利用电极电解液界面扩散双电层来存储能量[13-15]。在双电层电容器中，炭电极材料主要有活性炭、活性碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、介孔炭、石墨、石墨烯、碳化物衍生碳和纳米门炭等[16-18]。其中，活性炭由于具有丰富孔隙结构、巨大比表面积、吸附能力强、化学稳定性好、易加工、来源丰富、价格低廉和环境友好等特点，成为超级电容器最早使用的炭电极材料[19-20]。由于现有活性炭基超级电容器整体性能偏低，未能在新能源市场中得到大面积推广和应用。因此，要实现超级电容器真正实用化，有必要对活性炭电极材料的制备工艺进行优化。

本文制备了不同质量分数的活性炭电极材料，采用KCl电解液和三电极体系进行了循环伏安测试，优化了工艺参数和电化学性能。

1 活性炭电极的制备与表征

1.1 原料与试剂

制备活性炭电极材料时所使用的原料如表1所示。

 

表1 制备样品时所使用的原料

  

材料名称产 地活性炭粉深圳益环炭素有限公司乙炔黑深圳锐铭祥质量分数15%的聚四氟乙烯乳液新乡市和略利达电源材料有限公司异丙醇美国Nalgene实验耗材2mol/L的KCl电解液深圳新宙邦科技有限公司

1.2 活性炭电极材料的制备

活性炭电极材料的制备过程如下：

图5为不同活性炭质量分数下的比电容曲线，扫描速率为5、10、20、50、100、200 mV/s。如图所示，随着扫描速率的增加，电极片的比电容逐渐降低。从五条曲线的总体趋势来看，当扫描速率为5 mV/s时，活性炭质量分数为70%时，超级电容器电极片的比电容最大。表2为活性炭质量分数为70%时不同扫描速率下比电容值，由表2可知，比电容的最大值可达到189.3 F/g。

2)将混合物用粉末压片机以4 MPa的压力压制成电极薄片，压制时间为10 min。

3)将压制成型的电极薄片置于真空干燥箱内，80℃下保温6 h。

四是，2017年4月28日—5月1日，由阿斯特拉罕飞莫斯科，重点重访红场和俯首山的卫国战争胜利纪念碑群，5月2日返抵北京。

为进一步弘扬优秀传统文化，激发干部职工对中国传统文化的热爱和传承，营造团结、和谐的良好氛围。12月4日，十师一八四团组织机关、事业单位、连队“两委”带着他们的“亲戚”开展了“手拉手 学国语‘民族团结一家亲’”趣味活动。

红琴回到东泉岭时，也是一个刮风的天气，但不是那种干燥的热风，而是湿润的风。夏日的东泉岭，空气也是凉爽的，因为受山地气候影响，有时还会下一阵子微雨。雨过天晴，依然是一个风和日丽的艳阳天。这天早晨，她沿着蜿蜒的小径拾级而上，前面的岭上，山腰间弥漫着乳白色的岚气，峰峦叠嶂的远山隐隐约约地飘浮其中，昔日的一幅静物画，放起了电影，宛若仙子在镜头中游动。

电极材料的制备工艺流程如图1所示。

  

图1 电极制备工艺框图

1.3 活性炭电极材料的表征

根据表2各路拳法的应用情况统计可知：1）冲拳和贯拳在比赛中使用的频数较多，这也是诸多选手习惯操作和应用最为广泛的拳法技术，对于抄拳和鞭拳的应用情况则相对较低，并且冲拳和贯拳的使用率占到拳法应用总数的90%以上；2）对于各路拳法每局应用的数量来看，冲拳占据明显优势，然而出拳成功率却较低，可见冲拳和贯拳战术上属于虚招，有利于配合其他技术动作的应用和战略战术上的制衡；3）在各路拳法使用成功率上，鞭拳和抄拳的成功率是比较高的，可见这两路拳法技术适合比赛中的关键制胜环节，对于战胜对手取得比赛胜利有着决定性意义[8]。

采用CHI600E(上海辰华仪器有限公司)电化学工作站分析电极材料的循环伏安性能。电化学工作站为三电极体系，电位范围为0～1 V，铂丝为对电极，饱和甘汞为参比电极，所制薄片电极作为工作电极进行循环伏安测试。

采用SGO-200HRX型(深圳深视光谷光学仪器有限公司)扫描电子显微镜(SEM)表征电极材料的表面形貌。

4)将干燥后的电极薄片裁成相应大小的矩形，称重后放入稀硫酸中酸化8 h，再放入2 mol/L的KCL电解质溶液中浸泡12 h，制备出活性炭电极材料。

  

图2 不同活性炭质量分数的样品图片

  

图3 2 000倍率下的活性炭电极的SEM照片

图3为质量分数为70%的活性炭电极材料在2000倍率下的SEM照片。如图所示，乙炔黑和活性炭均匀分散在一起，呈网格结构，增强活性炭的导电性，活性炭自身也拥有大量细小的孔隙，有利于电解质溶液的浸润，提高电极材料的利用率。

2 循环伏安特性分析

图2为五种不同质量比的电极材料样品图片，由(a)至(e)活性炭质量分数依次为65%、70%、75%、80%和85%。

图4为活性炭质量分数为70%时，不同扫描速率下的循环伏安曲线，工作电位为0～1 V。如图所示，活性炭电极材料的循环伏安曲线基本呈现对称的矩形曲线，表明该电容器具备良好的双电层电容特性，循环伏安曲线没有氧化还原峰，说明双电层电容完全提供电极的容量。扫描速率越小，图形越接近矩形，电极片的循环伏安特性越好。所以当扫描速率为5 mV/s时，电极片的循环伏安特性最好。

  

图4 活性炭质量分数为70%时，不同扫描速率的循环伏安曲线

1)将活性炭、乙炔黑、质量分数为15%的PTFE乳液以不同质量比：①60∶30∶10，②65∶25∶10，③70∶20∶10，④75∶15∶10，⑤80∶10∶10放置于球磨机中，球磨20 min后，加入适量异丙醇再球磨20 min，球磨至混合物成半干状态。

  

图5 不同活性炭质量分数下的比电容曲线

 

表2 活性炭质量分数为70%时不同扫描速率下比电容值

  

扫描速率/(mV/s)比电容/(F/g)51893101084206235038810020420082

图6为不同活性炭质量分数下的比能量曲线，扫描速率为5、10、20、50、100、200 mV/s。如图所示，随着扫描速率的增加，电极片的比能量逐渐降低。从五条曲线的总体趋势来看，当扫描速率为5 mV/s时，活性炭质量分数为70%时，超级电容器电极片的比能量最大。表3为活性炭质量分数为70%时不同扫描速率下比能量值，由表3可知，比能量的最大值可达到26.3 W·h/kg。

  

图6 不同活性炭质量分数下的比能量曲线

 

表3 活性炭质量分数为70%时不同扫描速率下比能量值

  

扫描速率/(mV/s)比能量/(W·h/kg)526310151208750541002820011

图7为不同活性炭质量分数下的比功率曲线，扫描速率为5、10、20、50、100、200 mV/s。如图所示，随着扫描速率的增加，电极片的比功率先增加后降低。从五条曲线的总体趋势来看，当扫描速率为20 mV/s，活性炭质量分数为70%时，超级电容器电极片的比功率最大。表4为活性炭质量分数为70%时不同扫描速率下比功率值，由表4可知，比功率的最大值可达到916.6 W/kg。

  

图7 不同活性炭质量分数下的比功率曲线

 

表4 活性炭质量分数为70%时不同扫描速率下比功率值

  

扫描速率/(mV/s)比功率/(W/kg)5473710560820916650873510077302007246

合理的孔径分布对活性炭电极的性能产生重要的影响。由上述分析可知，当活性炭质量分数为70%时，活性炭电极的比电容、比能量和比功率均达到最大值。这表明当活性炭质量分数为70%时，活性炭的中孔率最高，此时KCl电解液的离子可以自由的在孔隙中通过，进而有效的形成较多的双电层电容。因此，当活性炭质量分数为70%时，活性炭电极具有较好的电化学性能。

当时的我，对于图书分类编目一无所知。无奈之下，在图书馆借了一本《俄文编目手册》和《图书分类法》，在家里整整啃了两天。元旦后一上班，我就按照书上阐述的分类原则和图书著录格式，着手俄文图书的分编工作。同时向其他同志学习打蜡纸、油印卡片的方法和技巧。经过一年的边学边做，我慢慢忘却了走下三尺讲台的“失落感”，渐渐适应并爱上了图书编目工作。第二年我就被评上了校先进工作者，并在《图书情报工作》期刊上先后发表了《全苏科技情报中心现状》和《苏联科学院图书馆现状》两篇文章。撰写文章使我认识到了图书情报工作在科研工作中的重要地位与作用。同时也认识到，只要刻苦钻研、勤奋努力，在图书馆工作也是可以有所作为的。

3 结 论

本文利用粉末压片机制备了5种不同质量分数的活性炭电极材料，通过SEM和电化学工作站对其微观形貌和电化学性能进行了分析。结果表明，活性炭比表面积大，孔隙结构发达，非常适合用作超级电容器的电极材料。扫描速率越低，电极材料的循环伏安特性越好，当扫描速率为5 mV/s，电极材料质量分数为70%时，比电容最大值为189.3 F/g，比能量最大值为26.3 W·h/kg；扫描速率为20 mV/s，质量分数为70%时，比功率最大值为916.6 W/kg。当活性炭质量分数为70%时，电极片的综合电化学性能最佳。

覆盖时间：第1年覆盖，从春节往前推70～75 d，林间白天温度在12 ℃以下，夜晚温度在3～5 ℃左右；第2—3年覆盖，从春节往前推55～65 d，林间白天温度在10 ℃以下，夜晚温度在3 ℃左右。

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