郭秉霖 侯彩霞＊,,2 樊麗華,2 孫 章,2

(1華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，唐山 063210)

(2河北省環(huán)境光電催化材料重點實驗室，唐山 063210)

0 引 言

超級電容器作為一種清潔高效的能源設(shè)備，因具有功率密度高、低溫性能好、壽命長等諸多優(yōu)勢備受關(guān)注[1]。其中雙電層電容器結(jié)構(gòu)簡單、性質(zhì)穩(wěn)定，成為研究熱點。電極材料的優(yōu)劣直接決定著雙電層電容器的電化學(xué)性能[2]，碳基電極材料因具有諸多優(yōu)勢被廣泛運用于制備雙電層電容器電極[3]。碳基電極材料來源豐富，常見的主要有生物質(zhì)[4]、聚合物和化石燃料[5-6]等。其中煤基電極材料具有電子導(dǎo)電性好[7]、表面官能團(tuán)豐富、孔結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)點，且煤炭碳含量高，十分適合用于制備雙電層電容器電極[8]。煤中多含有一定量的灰分，影響活化效果[9-10]；制備成電極后殘余的灰分在電場作用下會和電解液離子團(tuán)聚影響雙電層形成[11]、降低電極-電解液間的浸潤性，導(dǎo)致雙電層電容器的電化學(xué)性能下降[12]。無灰煤(HPC)制備工藝[13-14]是一種利用溶劑萃取對煤進(jìn)行脫灰的方法。該方法制備出的HPC幾乎不含灰分，為制備高性能煤基雙電層電容器電極創(chuàng)造了前提。以HPC為原料，經(jīng)KOH活化可制備出比表面積和總孔容分別高達(dá)2 540、1 065 cm3·g-1的活性炭[15]。相較于褐煤基活性炭僅184.2 F·g-1的比電容，本課題組[11]制備的無灰煤基活性炭的比電容可高達(dá) 337.4 F·g-1。

HPC制備工藝實際上是對煤進(jìn)行溶劑熱抽提：通過溶劑與煤作用，溶劑分子取代煤結(jié)構(gòu)中電子給予接受配體的一部分后將其分開，其實質(zhì)是取代過程[16]。因此，HPC制備過程中煤本身的結(jié)構(gòu)在一定程度上會被破壞，最終萃取物的性質(zhì)也會隨著萃取條件的變化而產(chǎn)生區(qū)別，而這種區(qū)別對煤基活性炭雙電層電容器電極電化學(xué)性能的影響卻未見報道。本文以內(nèi)蒙古褐煤(HM)為原料，在不同溫度下萃取所得HPC，然后將HPC經(jīng)KOH一步活化后制成活性炭(ACs)，并將ACs制備成電極材料，在3 mol·L-1的KOH電解液中研究其電化學(xué)性能，考察萃取溫度對HPC及所得電極電化學(xué)性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

原料為內(nèi)蒙古褐煤，與褐煤的工業(yè)分析、元素分析及萃取率見表1，其中Mad為空氣干燥基水分，Vdaf為干燥無灰基揮發(fā)分，Aad為空氣干燥基灰分。萃取劑：N-甲基吡咯烷酮(NMP)，分析純；活化劑：氫氧化鉀(KOH)，分析純；粘結(jié)劑：聚四氟乙烯(PTFE)；導(dǎo)電劑：乙炔黑。

表1 煤的工業(yè)分析及元素分析Table 1 Proximate and ultimate analysis of coal

1.2 HPC的制備

原料煤烘干后破碎至200目以下，與溶劑NMP以 1∶50(m/V，g·mL-1)的比例，置于燒杯中混合均勻。后加入反應(yīng)釜，N2保護(hù)加熱升溫，達(dá)到設(shè)定溫度(230、330℃)后保持恒溫1 h，自然冷卻至室溫，固液相采用離心分離，得到殘渣及液相。對液相進(jìn)行旋蒸，溶劑回收再利用，所得固體經(jīng)過抽濾、干燥得到褐煤基X-HPC(其中X為萃取溫度)。

1.3 活性炭(ACs)的制備及雙電層電容器的組裝

將HPC及原料褐煤分別與KOH按照質(zhì)量比為1∶3的比例在研缽中研磨，再加入適量的去離子水將兩者混合均勻?；旌虾玫脑现萌牍苁綘t中N2保護(hù)，以10℃·min-1的升溫速率升至650℃，活化2 h。冷卻至室溫后使用去離子水反復(fù)洗滌至濾液為中性，干燥后即為褐煤基活性炭(HM-ACs)及無灰煤基活性炭(X-ACs，其中X為萃取溫度)。將制備好的活性炭與乙炔黑、PTFE以83∶10∶7的質(zhì)量比充分研磨混勻，沖壓成圓片，復(fù)合在泡沫鎳上。采用3 mol·L-1的KOH溶液為電解液，聚丙烯為隔膜封裝成紐扣電池，即得雙電層電容器。

1.4 HPC、ACs的表征及雙電層電容器電化學(xué)性能測試

根據(jù)GB/T7702.15-2008進(jìn)行活性炭的灰分檢測；美國Perkin Elmer傅里葉變換紅外光譜儀Spectrum 100進(jìn)行紅外光譜(FTIR)分析；采用德國NETZSCH STA 449F3綜合熱分析儀進(jìn)行熱失重分析，測試氣氛采用氬氣，升溫速率10 K·min-1；用日本株式會社的JSM-IT100掃描電子顯微鏡觀測材料表面微觀結(jié)構(gòu)；采用貝士德科技有限公司的3H-2000PMI型比表面積及孔徑分析儀測定活性炭的N2吸附-脫附等溫線，BET多點法和T-plot法分別計算活性炭的比表面積和微孔容體積，中孔容以總孔容與微孔容容積之差獲得，采用DFT法計算活性炭的孔徑分布；用德國Data Physics公司生產(chǎn)的OCA15EC接觸角測量儀進(jìn)行潤濕性測試。

采用上海辰華儀器有限公司的CHI660B電化學(xué)工作站進(jìn)行交流阻抗測試；采用武漢市藍(lán)電電子股份有限公司的藍(lán)電電池檢測系統(tǒng)進(jìn)行恒流充放電測試。單電極質(zhì)量比電容能量密度分別按照式(1)、(2)計算。

其中，I為放電電流，A；m為單電極中活性炭的質(zhì)量，g；ΔV是放電Δt時間間隔內(nèi)電壓的變化，V。

2 結(jié)果與討論

2.1 無灰煤特性分析

2.1.1 萃取溫度對煤官能團(tuán)的影響

圖1為3種煤在3 000～2 800 cm-1段分峰后的FTIR譜圖。結(jié)合文獻(xiàn)[17]分析，3種煤樣的 1、2、3號峰分別對應(yīng)著脂肪族中的 RCH3、R2CH2、R3CH，定義I為R2CH2與RCH3的相對峰面積之比，用于表征脂肪鏈的長短。I值越大意味著脂肪鏈越長或支鏈化程度越低。 I230-HPC=0.90；I330-HPC=1.45；IHM=0.95，三者脂肪鏈由長到短分別為：330-HPC＞HM＞230-HPC，總體都屬于較短的水平。低溫萃取對煤結(jié)構(gòu)破化較小，萃取劑為極性溶劑對脂肪族化合物溶解性差，使得230-HPC脂肪鏈最短。330℃高于褐煤的軟化點，使得萃取過程對煤的大分子結(jié)構(gòu)破壞更嚴(yán)重，導(dǎo)致330-HPC脂肪鏈更長。未經(jīng)萃取的HM脂肪族鏈長度則介于2種無灰煤之間。

根據(jù)文獻(xiàn)[18-20]3種煤樣紅外譜圖的含氧官能團(tuán)區(qū)分峰如圖2所示，結(jié)果見表3。3種煤樣的1號峰均對應(yīng)羧基的伸縮振動，相對峰面積由大到小排序為230-HPC＞330-HPC＞HM。2號峰對應(yīng)著芳香C=C的伸縮振動，順序為 HM＞330-HPC＞230-HPC，與羧基結(jié)果相反。芳香C=C的含量對應(yīng)著煤樣中由芳香環(huán)構(gòu)成的芳香核含量，褐煤煤化程度低、芳香核較少，230-HPC由于萃取溫度低，主要萃取得到的為原煤網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的取代基、官能團(tuán)及穩(wěn)定性較差的芳香環(huán)。 230-HPC 的 3、4、5 號峰，330-HPC、HM 的4、5號峰對應(yīng)著脂肪族CH3、CH2，其相對峰面積由大到小排序與羧基相同，說明230-HPC有著更多的支鏈，這與脂肪區(qū)分析結(jié)果一致。3種樣品的6、7號峰對應(yīng)著芳醚基的C-O振動，根據(jù)相對峰面積計算后由大到小排序與羧基順序相同。說明本實驗所使用的萃取方法對煤樣中C-O與-COOH有富集作用，低溫萃取效果高于高溫萃取。其原因是極性萃取劑與極性官能團(tuán)相似相溶，高溫對煤中大分子結(jié)構(gòu)破壞更強烈，萃取物中存在著更多分芳香C=C結(jié)構(gòu)，使極性官能團(tuán)占比下降。

圖1 三種煤在3 000～2 800 cm-1范圍的紅外光譜圖Fig.1 FTIR spectra in the range of 3 000～2 800 cm-1for three types of coals

表2 三種煤樣在3 000～2 800 cm-1范圍分峰結(jié)果Table 2 FTIR spectra analysis result in the range of 3 000～2 800 cm-1for three types of coals

圖2 三種煤在1 000～1 800 cm-1范圍的紅外光譜圖Fig.2 FTIR spectra in the range of 1 000～1 800 cm-1for three types of coals

表3 三種煤樣1 000～1 800 cm-1區(qū)分峰結(jié)果Table 3 FTIR spectra analysis result in the range of 1 000～1 800 cm-1for three types of coals

根據(jù)文獻(xiàn)[21]中對KOH活化過程的分析，煤分子結(jié)構(gòu)中的含氧官能團(tuán)首先與活化劑KOH進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)方程式[22]如式(4)、(5)所示：

隨著活化的進(jìn)行，反應(yīng)溫度進(jìn)一步升高，活化劑與反應(yīng)生成的-COOK以及脂肪族側(cè)鏈進(jìn)行反應(yīng)，其方程式[23-24]如式(6)、(7)所示：

隨著反應(yīng)溫度的進(jìn)一步升高，KOH呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，本身發(fā)生脫水反應(yīng)生成K2O，與在上一步反應(yīng)生成的K2CO3一樣還會和原料煤中的脂肪族側(cè)鏈反應(yīng)，其方程式[22,24]如下：綜合上述文獻(xiàn)，活化過程中含氧官能團(tuán)將會形成活性位點，引發(fā)活化劑與碳的反應(yīng)。而230-HPC在含氧官能團(tuán)區(qū)的羧基、芳基醚與支鏈量均為三者中含量最高，具備最豐富的活性位點，使其活化反應(yīng)最為劇烈，產(chǎn)物230-ACs出現(xiàn)了孔坍塌，影響其電化學(xué)性能。

2.1.2 熱重分析

圖3為3種煤樣的熱失重曲線。3種樣品在100℃左右由于水分的揮發(fā)出現(xiàn)了第一個失重峰，是由于水分揮發(fā)所致，HM較大，2種無灰煤樣品較不明顯，其原因是萃取工藝具有除水作用。之后230-HPC最先出現(xiàn)失重。第二個失重峰在180～200℃，是由于褐煤中原本就較豐富的羧基，經(jīng)低溫萃取后被進(jìn)一步富集，在此階段羧基大量分解，其反應(yīng)方程式如式(10)所示

其中Ph表示煤中的芳香結(jié)構(gòu)，如苯環(huán)等，該反應(yīng)發(fā)生的溫度一般高于150℃[25-26]。Miura等[27]研究認(rèn)為，煤中吸附的水在150℃之前就可以完全脫附，因此,此階段應(yīng)與煤中水分無關(guān)，可以認(rèn)定是由于羧基大量分解造成，與紅外分析相印證。

圖3 三種煤樣的熱失重曲線Fig.3 TG(left)and DTG(right)curves of three types of coals

第三階段在400～500℃之間，在此階段3種煤樣都出現(xiàn)了失重峰，330-HPC最明顯，HM次之，230-HPC失重峰最弱。結(jié)合文獻(xiàn)[28]分析，此階段的峰應(yīng)為 Cal-H、Cal-Cal、Cal-O、Cal-N 之間形成的橋鍵。根據(jù)元素分析，3種煤樣的N含量由大到小排序為330-HPC＞230-HPC＞HM，這是由于萃取溶劑NMP的供N作用，使得經(jīng)過萃取的2種煤樣N含量顯著增加所致。但2種無灰煤間N含量差別幾乎可以忽略不計，而對應(yīng)在400～500℃的峰差別很大，因此該失重峰不應(yīng)是Cal-N斷鍵形成的失重峰。H元素情況與N元素類似，因此也可以排除Cal-H的影響。結(jié)合230-HPC在前一階段因羧基的分解損失大量的C-O鍵，HM及330-HPC由于羧基含量遠(yuǎn)不及230-HPC，在第一階段未出現(xiàn)大量分解，在溫度到達(dá)400℃后開始出現(xiàn)分解，同時伴隨著芳基醚中的C-O鍵斷裂，使得330-HPC在此階段出現(xiàn)最大失重峰，這與紅外分析結(jié)果相對應(yīng)。

2.2 活性炭特性分析

2.2.1 活性炭表面形貌

圖4為3種無灰煤基活性炭SEM照片?？梢悦黠@地看出230-ACs由于對應(yīng)的無灰煤反應(yīng)性較強，活化反應(yīng)更為強烈，呈現(xiàn)出大量碎屑堆砌的形貌。330-ACs與HM-ACs則有著顯著的活性炭特征，含有大量孔徑大小不一的孔隙且分布較為均勻。

2.2.2 萃取溫度對活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的影響

圖4 三種無灰煤基活性炭SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM images of three types of ACs after hyper-coal process

表4 多孔炭的比表面積及孔結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 4 Structure and performance parameters of porous carbon

圖5 三種活性炭的等溫N2吸附-脫附曲線Fig.5 Isothermal N2adsorption-desorption curves of the ACs

三種活性炭孔結(jié)構(gòu)與容量參數(shù)列于表4，等溫吸脫附曲線如圖5所示。330-ACs及HM-ACs為典型的Ⅰ型等溫吸附線[29]，這說明上述2種材料以微孔為主，兩者比表面積分別為1 252和1 040 m2·g-1。 230-ACs 的比表面積為 1 199 m2·g-1，其吸附等溫線與前兩者有一定差異，呈現(xiàn)為Ⅰ與Ⅳ型等溫線結(jié)合的形狀，在吸附接近完成時又出現(xiàn)了一個微小的上翹，且相對于另外2條吸附線，230-ACs產(chǎn)生了較為明顯的滯后現(xiàn)象，說明該材料中存在一定數(shù)量的中孔[30]。230-ACs出現(xiàn)較為特殊的等溫吸附-脫附曲線的原因一方面是其揮發(fā)分含量高，活化加熱過程中大量分解揮發(fā)產(chǎn)生孔隙；另一方面由于230-HPC反應(yīng)性大大高于330-HPC及HM，強烈的活化反應(yīng)導(dǎo)致其孔結(jié)構(gòu)坍塌，孔隙混亂[31]，這與SEM分析結(jié)果相一致。

圖6 活性炭孔徑分布圖Fig.6 Pore size distributions of the ACs

三種活性炭的孔徑分布如圖6所示。3種活性炭的孔徑分布集中在0.4～0.7 nm之間。有研究證實，采用水系電解液時活性炭孔徑需要大于0.5 nm，電解質(zhì)離子才可以進(jìn)入活性炭孔隙內(nèi)，且最有利于吸附的孔徑為吸附質(zhì)離子直徑的2～4倍[32-34]。對于KOH電解液，以K+直徑(0.26 nm)的2～4倍分隔區(qū)間繪制活性炭孔徑分布圖，如圖7所示。孔徑在小于0.52 nm范圍內(nèi)分布最多的是HM-ACs。KOH活化前期主要是開孔，后期擴(kuò)孔作用占據(jù)主導(dǎo)，褐煤中的灰分消耗了活化劑，使其在活化結(jié)束后仍處在開孔階段，導(dǎo)致孔隙過小，不利于雙電層的形成。在最適宜吸附質(zhì)離子吸附的范圍(0.52～1.04 nm)內(nèi)，具有最多孔徑分布的是330-ACs，其次是HM-ACs，分布最少的是230-ACs，合理的孔徑分布是330-ACs具有優(yōu)異電化學(xué)性能尤其是倍率特性最重要的原因。在2～50 nm范圍內(nèi)230-ACs具有最廣泛的分布，其孔結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了坍塌。此范圍的孔遠(yuǎn)大于電解質(zhì)離子直徑，電解質(zhì)離子容易被吸附也容易脫附，實際吸附量較小[35]。3種活性炭比表面積近似，性能差異明顯，是由孔結(jié)構(gòu)差異所致。究其原因，前驅(qū)體的性質(zhì)差異導(dǎo)致經(jīng)過相同的活化過程制備出的活性炭有著明顯的差別。

圖7 活性炭不同孔徑范圍分布圖Fig.7 Scope distribution for different pores of the ACs

2.2.3 萃取溫度對活性炭官能團(tuán)的影響

活性炭本身的疏水性會降低電極在水系電解液中浸潤性，這不但會使電極材料的利用率下降還會增加其內(nèi)阻[36-37]。而電極表面存在的含氧官能團(tuán)不但可以通過贗電容提升電容器的比電容，還能提升電極材料的浸潤性，從而提升電極材料的比表面積利用率[38-39]。圖8為3種活性炭1 000～1 800 cm-1范圍的紅外譜圖，對應(yīng)著活性炭的含氧官能團(tuán)區(qū)。圖中標(biāo)注的1 600 cm-1處的吸收峰由多種含由C=O的官能團(tuán)伸縮振動產(chǎn)生，如內(nèi)酯基、羧基和羰基等[40-41]?？梢悦黠@地看出230-ACs在此處的吸收峰顯著高于另外兩者，低溫萃取的230-HPC具備最豐富的官能團(tuán)，在活化后剩余的含氧官能團(tuán)相較于更高溫度萃取后制得的330-ACs與未經(jīng)萃取的HMACs仍然更多。

2.2.4 接觸角測試

大量文獻(xiàn)認(rèn)為活性炭表面官能團(tuán)會對其表面潤濕性產(chǎn)生影響[42-44]。為比較3種活性炭樣品潤濕性，對其進(jìn)行KOH電解液與電極材料的接觸角測試。如圖 9 所示，3 種活性炭 230-ACs、330-ACs、HMACs與 KOH電解液水滴角分別為 95.4°、114.2°、126.0°?？梢钥闯?，紅外測試中含氧官能團(tuán)最豐富的230-ACs有著最小的水滴角，意味著最佳的潤濕性。而HM-ACs水滴角略大于330-ACs，兩者紅外譜含氧官能團(tuán)部分沒有明顯差別，水滴角的差異應(yīng)該是由于HM-ACs中含有灰分所致[11]。

圖8 三種活性炭在1 000～1 800 cm-1范圍的FTIR譜圖Fig.8 FTIR spectra in the range of 1 000～1 800 cm-1for three types of Acs

圖9 三種活性炭材料的接觸角Fig.9 Contact angles of three types of ACs

2.3 活性炭電化學(xué)性能分析

2.3.1 恒流充放電

三種活性炭在50 mA·g-1電流密度下的第10次循環(huán)的恒流充放電曲線如圖10所示。由圖10可以看出，電壓在0.05～0.9 V范圍內(nèi)隨時間的變化呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，充-放電曲線形成規(guī)則的等腰三角形，這表明3種活性炭在較低的電流密度下均能產(chǎn)生良好的雙電層吸附，比電容及功率密度在表5中列出。

圖10 三種活性炭的恒流充-放電曲線Fig.10 Constant current charge-discharge curves of three types of ACs

表5 三種活性炭的電化學(xué)性能參數(shù)Table 5 Electrochemistry parameters of three types of ACs

2.3.2 阻抗分析

如圖11為活性炭的交流阻抗譜圖，圖像與實軸相交的交點為電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)，其大小受接觸電阻以及電解液、電極材料本身的內(nèi)阻等因素共同影響[45]。褐煤基超級電容器由于灰分的存在，降低了電極材料的導(dǎo)電性能，使其等效串聯(lián)電阻顯著高于另外兩者，約為2.5 Ω。無灰煤基超級電容器由于灰分含量極低，導(dǎo)電性好，兩者的ESR都非常低，在0.6～0.7 Ω之間，較褐煤基超級電容器優(yōu)勢明顯。

圖11 三種活性炭的交流阻抗譜圖Fig.11 Impedance spectra of three types of ACs

次高頻區(qū)類半圓部分，3條曲線都表現(xiàn)為不完整的半圓狀圖形，說明存在一定的贗電容，其原因應(yīng)為煤中具有相當(dāng)數(shù)量的官能團(tuán)所致。半圓弧的大小由活性炭顆粒間與材料、集流體間的阻抗共同決定[46-47]。330℃萃取制備的無灰煤基超級電容器具備最小的半圓弧直徑，其原因是330-ACs具備最優(yōu)異的孔隙結(jié)構(gòu)。另外兩者半圓直徑都相對較大，230-ACs由于部分孔隙坍塌、活性炭顆粒間接觸不良，導(dǎo)致顆粒間接觸電阻較330-ACs更大；而HM-ACs則是由于灰分的存在所致。

中頻區(qū)圖譜表現(xiàn)為一段斜線，其影響因素為電解液離子在電極材料孔隙內(nèi)的擴(kuò)散阻力。頻率下降的同時電解液離子開始向更深的孔內(nèi)擴(kuò)散，能夠吸附電解質(zhì)離子的比表面積逐漸增大，而后將會達(dá)到吸附飽和。230-ACs孔結(jié)構(gòu)坍塌，其孔道短且分布不均，使得大量表面積不能很好的吸附電解質(zhì)離子，因此對應(yīng)圖譜的中頻區(qū)斜率小且斜線段較長。而電化學(xué)性能最好的330-ACs幾乎不存在斜線區(qū)，說明330-ACs具有優(yōu)異的嵌套孔隙、電解質(zhì)離子進(jìn)出通道。HM-HPC中顯著高于另外兩者的灰分在電場中會與電性相異的電解質(zhì)離子形成團(tuán)聚，阻塞孔道，影響電解質(zhì)離子的吸附與傳輸[11]。

低頻區(qū)HM-ACs對應(yīng)曲線傾斜是受灰分影響所致。

2.3.3 倍率特性及循環(huán)性能

由圖12可見，電流密度由50 mA·g-1增大到2 000 mA·g-1，330-ACs比電容降低了約 10%，而230-ACs比電容降低20%以上。電流密度較低時，電解質(zhì)離子進(jìn)出孔道的速度較慢，且230-ACs表面官能團(tuán)較為豐富，有利于電解質(zhì)離子與電極材料的浸潤[44]，坍塌的孔結(jié)構(gòu)在較低電流密度下并未對電解質(zhì)離子進(jìn)出產(chǎn)生較大影響。隨著電流密度的增大，230-ACs的比電容顯著下降，其坍塌的孔道結(jié)構(gòu)十分不利于電解質(zhì)離子快速進(jìn)出，導(dǎo)致比表面積利用率大幅下降，進(jìn)而影響其倍率特性。HM-ACs隨電流密度增大，比電容下降情況略好于230-ACs，但仍不如330-ACs。其原因一方面是褐煤中灰分的存在導(dǎo)致活化不充分；另一方面是由于HM-ACs中殘余的灰分阻礙了雙電層的形成[6]。圖13為330-ACs在50 mA·g-1電流密度下1 000次循環(huán)性能曲線圖。330-ACs的比電容從第50圈的320 F·g-1下降至第1 000圈的305 F·g-1，衰減約 4.7%，表現(xiàn)出極其優(yōu)異的循環(huán)性能。

圖12 三種活性炭的倍率特性曲線Fig.12 Retention of specific capacitance of three types of ACs at different current densities

圖13 在50 mA·g-1電流密度下330-ACs的循環(huán)性能Fig.13 Cycling performance of 330-ACs in the current of 50 mA·g-1

3 結(jié) 論

以內(nèi)蒙古褐煤為原料，經(jīng)不同溫度萃取制備無灰煤，經(jīng)KOH活化制備煤基活性炭。對比了230-HPC、330-HPC、HM之間理化特性的差異，以及對應(yīng)活性炭理化特性及電化學(xué)性能的差異得出以下結(jié)論：

(1)萃取溫度與無灰煤理化特性有著直接的關(guān)系，低溫萃取制備出的煤樣較高溫萃取制得的煤樣反應(yīng)性更強，表面官能團(tuán)更加豐富。

(2)330-ACs在電流密度50 mA·g-1時，單電極質(zhì)量比電容達(dá)到322 F·g-1。其原因為330-HPC與HM相比避免了灰分對活性炭電化學(xué)性能的不利影響；與230-HPC相比，其合適的反應(yīng)性使得經(jīng)過活化后330-ACs有良好的孔隙結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為較為典型的雙電層電容器電極材料。

(3)230-HPC由于其萃取溫度低，官能團(tuán)含量豐富，在活化過程中具備很強的反應(yīng)性。使用與其他2種煤樣相同的活化過程會導(dǎo)致孔結(jié)構(gòu)坍塌。