文献综述
- 前言
高能量密度、持久性以及便携度的需求越来越高，对电子产品的电源研究也越来越广泛。在各种储能系统中，超级电容器因其优良的电化学性能、快速的充放电速率、较低的成本而广受关注。根据储能机理，超级电容器一般可分为两种。双电层电容器是通过电极/电解质界面的电荷快速积累来存储能量，其性能很大程度上依于电极的多孔性。另一种是赝电容，在其电解液与电活性物质界面上发生可逆的法拉第反应[1]。为增加双电层电容一般采用增加比表面积和设计合适孔隙率这两种手段。高的比表面积可以为电荷提供更多的活性位点，合适的孔结构是离子快速传输的关键。
近年来，化石燃料的浪费和高分子材料的污染致使生物质基材料的应用逐渐增加。大多数多孔碳材料是以化石为基础生产的，这对不可再生资源产生了大量的消耗。因此，我们应该努力开发简单、廉价和有效的合成方法。利用环境友好型的原材料来制备性能优良的多孔碳，特别是利用可再生生物碳源制造碳材料，比如纤维素、淀粉、木质素、明胶等可循环生物质资源。
- 研究现状
碳材料是最早被应用于双电层超级电容器电极材料，目前研究最多的有碳纤维基、石墨烯基、碳纳米管基以及其他低维纳米材料。对于碳基材料，研究论文在2013年达到最热，近几年对基础碳基材料的研究逐渐减少，但是对于其与其他材料复合的研究越来越多，其关联研究也在不断增加[2]。现展示一些具体研究现状，所查阅文献大多偏向于生物质基碳材料。
Chenfeng Ding等人通过致密细菌纤维素(BC)前驱体一步碳化/活化，然后氮/硫双掺杂制备具有超高集成电容的超微孔碳[3]。其结构具有高度富集的微孔和大量的亚微孔，这一独特的多孔结构提供了高比表面积(1554 m2 gminus;1)和堆积密度(1.18 g cmminus;3)。特殊的多孔结构和最佳掺杂的协同效应有效地增强了离子存储和离子/电子传递。
Xiangkun Bo等人以油茶生物质废弃物为原料，采用微波法制备了具有电化学活性含氧基团的分级碳[4]。所得介孔碳(MAC)具有纳米片形态、丰富的介孔孔隙、大的比表面积(1726 m2/g)和很高的氧官能团(16.2 wt%)，并具有赝电容活性，赋予了MAC一个有前途的电化学储能功能材料。
Chunfeng Xue等人将咸海藻简单碳化，使用重结晶的氯化钠作为原始海藻的孔隙填充物制备出富氧多孔电活性炭(OPEC)[5]。在电解液为1.0 M H2SO4的条件下，得到的材料不仅比表面积为3293 m2gminus;1，而且具有0.8-2.0 nm的微孔结构。此外，它还显示了优异的循环稳定性(98%，10000次循环)和良好的速率性能。整个过程是将绿色生物质转化为具有自然连接孔的自功能化碳的方法，旨在制造绿色能源设备。
Chaitra K等人以beta;- Ni(OH) 2 /MWCNTs为正极，KOH活化的香蕉纤维蜂窝状多孔碳(K-PC)为负极，制备了一种不对称超级电容器(AS)器件，研究了其电化学性能和应用[6]。
Youning Gong等人以竹炭(BC)为原料，建立了一步法制备三维多孔石墨生物质碳(PGBC)的方法[7]。利用高铁酸钾(K2FeO4)实现竹碳的同步炭化和石墨化，与传统的两步法相比，该方法耗时少，效率高，无污染。制备的PGBC具有较大的比表面积(1732 m2gminus;1)和丰富的微孔结构。这种方法有望实现低成本、绿色和工业级的可再生生物质衍生碳材料生产，用于未来的高级能源存储应用。
Yao Li等人通过以板蓝根壳为原料制备分级多孔碳，介绍了优化生质多孔碳材料性能有效的路线:崩溃有机体增加材料的孔隙度和抑制木质素造成无孔碳片的产生[8]。
