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活性炭的电物理性质和热容
活性炭具有多种物理化学特性,因此是生产电容器(包括超级电容器)最常用的材料之一。作为一种电极材料,活性炭具有许多优点,使其在电子设备中的应用具有吸引力。活性炭由于其微孔结构和众多的孔隙而具有非常高的表面积。这为其提供了大面积的电解质离子吸附,从而导致电容器的电容增加。活性炭的高导电性有助于充电和放电过程中电子的有效传输。此外,活性炭具有化学稳定性,保证了电极的较长使用寿命和电容器的可靠运行。
热容量测量方法
图1:煤粉和活性炭的Cp~f(T)的图形依赖性。
电物理特性测量结果
介电常数是根据样品厚度和电极表面积已知值时样品的电容确定的。为了获得电感应D和电场强度E之间的关系,使用了ST方案。D(E磁滞回线)的目视观察是在示波器上进行的,其分压器由6mOhm和700kOhm的电阻以及0.15UF的参考电容器组成。发电机的频率为300赫兹。在所有温度研究中,样品均置于烘箱中,通过连接至电压表的铬镍合金热电偶测量温度,误差为±0.1mV。温度变化速率约为5K/min。
对于活性炭,介电常数会下降至343K的温度,这可能是由于加热导致水分去除所致。多芳烃中C=C键的存在以及C-O和O-H官能团,以及比焦炭粉更大的孔隙率,也会导致介电常数的变化。在之前的研究中,根据红外光谱的结果,发现活性炭中存在与多环芳烃中的C=C键(1604.97cm-1)和R-OH键的波动相对应的高强度吸收带羟基、羧基和酚类化合物(在3437.57cm-1)。这些基团可能是蒸汽活化的结果,因为水蒸气具有高活性,这也有助于形成大量中孔。此外,根据活性炭中氧化碳的含量,其电阻也会发生变化。在这项研究中,我们发现焦炭粉的蒸汽活化导致中孔和大孔数量增加,BET方法的结果如图2所示。