王丕濤, 武麗麗, 陳鑫國, 張建強(qiáng), 雒和明

(蘭州理工大學(xué) 石油化工學(xué)院, 甘肅 蘭州 730050)

超級電容器作為環(huán)境友好型儲能裝置，因其具有功率密度高、循環(huán)壽命長、安全性高等特點(diǎn)[1-3]，在各種應(yīng)用領(lǐng)域都具有較強(qiáng)的吸引力.但較低的能量密度，制約了其進(jìn)一步應(yīng)用.電極材料被認(rèn)為是超級電容器的核心部件，決定了超級電容器的綜合性能.選擇合適的電極材料可大幅提高超級電容器的能量密度[4].多孔炭由于具有較高的比表面積，較低的相對密度，可控的多孔結(jié)構(gòu)和良好的機(jī)械穩(wěn)定性等特點(diǎn)[5]，是使用最廣泛的超級電容器電極.

金屬有機(jī)框架材料(MOFs)是由無機(jī)金屬離子或離子簇與有機(jī)配體由配位鍵鏈接而成的一類多孔晶體骨架材料[6]，被廣泛應(yīng)用于氣體儲存[7]、吸附[8]、能量轉(zhuǎn)換[9]等方面.以MOFs為前驅(qū)體經(jīng)過炭化制備的多孔炭，能夠復(fù)制、保持MOFs原有的孔道結(jié)構(gòu).因此，可以通過定向合成具有特定孔隙結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體，以控制目標(biāo)炭材料的孔道結(jié)構(gòu)，從而提高超級電容器儲能性能.Yan等[10]將Al基MOF(Al-PCP)前驅(qū)體直接炭化制備了多孔炭，該衍生多孔炭在電流密度為0.1 A·g-1表現(xiàn)出232.8 F·g-1的比電容.Yi等[11]通過鋁基MOF(DUT-5)炭化制備二維納米結(jié)構(gòu)多孔炭納米片(CNs)，以6 mol KOH為電解液實驗，在0.25 A·g-1時其比電容為119 F·g-1.

金屬有機(jī)框架[Zn3(bpdc)3(bpy)]·2DMF·4H2O穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)和良好的孔隙特征，使其在氣體吸附等方面表現(xiàn)出良好的儲氣性能[12].本文采用水熱法合成了[Zn3(bpdc)3(bpy)]·2DMF·4H2O，以其為炭前驅(qū)體，在惰性氣氛中直接炭化、KOH化學(xué)活化得到多孔炭材料.表征分析了MOFs和多孔炭的微觀形貌、比表面積以及孔徑分布，并在三電極體系中，考察了不同炭化溫度、活化劑對多孔炭電化學(xué)性能的影響.以此炭材料作為電極材料組裝雙電層電容器器件，測試了該器件的穩(wěn)定性以及能量密度與功率密度.

1 實驗

1.1 實驗藥品

六水合硝酸鋅，分析純，由天津市大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn)；4,4′-聯(lián)苯二甲酸、4,4′-聯(lián)吡啶，分析純，由上海麥克林生化科技有限公司生產(chǎn)；N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、濃鹽酸，分析純，由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；氫氧化鉀，分析純，由煙臺市雙雙化工有限公司生產(chǎn)；聚四氟乙烯、乙炔黑，分析純，由蘇州翼隆晟科技有限公司生產(chǎn).

1.2 金屬有機(jī)框架[Zn3(bpdc)3(bpy)]·2DMF·4H2O的制備

將Zn(NO3)2·6H2O(0.297 g,1 mmol)、4,4′-聯(lián)苯二甲酸(0.242 g,1 mmol)、4,4′-聯(lián)吡啶(0.156 g,1 mmol)溶解于10 ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，隨后將混合物置于20 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，以5 ℃·min-1的速率在烘箱中升溫至120 ℃，恒溫保持24 h，冷卻、用去離子水漂洗3次后抽濾，于真空干燥箱中干燥，得到白色的晶體[Zn3(bpdc)3(bpy)]·2DMF·4H2O，簡稱為ZBB.

1.3 多孔炭材料的制備

ZBBC-T多孔炭的制備：稱取一定量的ZBB置于瓷舟中，在氬氣氛圍下以3 ℃·min-1的速率分別升溫至700、800、900 ℃，恒溫2 h.自然冷卻，將得到的產(chǎn)物用1 mol·L-1鹽酸洗滌，再用去離子水洗滌至中性，過濾，置于60 ℃下真空干燥12 h，研磨得到粉末狀多孔炭，命名為ZBBC-T，其中C表示多孔炭，T代表炭化溫度.

ZBBC-800-A多孔炭的制備：將多孔炭ZBBC-800按照不同的炭堿比(1∶2，1∶3，1∶4)與固體KOH混合研磨后置于瓷舟中，在氬氣氛圍下，以3 ℃·min-1的速率升溫至800 ℃，恒溫2 h.產(chǎn)物用1 mol·L-1鹽酸洗滌，過濾，置于60 ℃下真空干燥12 h，研磨得到粉末狀多孔炭，命名為ZBBC-800-A，其中800代表炭化溫度，A代表炭堿比.

1.4 結(jié)構(gòu)性能表征

在氮?dú)夥諊拢脽嶂胤治鰞x(TGA,TA Instruments Hi-Res TGA2950)分析了金屬有機(jī)框架ZBB在25～1 000 ℃的熱穩(wěn)定性.多孔炭的形貌特征使用JSM-6701F冷場發(fā)射型掃描電鏡(SEM)和JEOL JIM-1200EX高分辨率透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行研究.采用日本理學(xué)公司RINT-2000型X射線衍射儀采集2θ=5°～90°的X射線粉末衍射(XRD)圖.多孔炭的孔隙結(jié)構(gòu)通過N2吸附/脫附測試(Tristar II3020，美國麥克儀器公司)表征.利用JSM-5600LV低真空掃描電子顯微鏡和X射線能量色散譜儀對多孔炭進(jìn)行元素組成分析.在PERS-SR532科研型拉曼光譜儀上測量多孔炭拉曼光譜，激發(fā)波長為532 nm.

1.5 電化學(xué)性能測試

1.5.1工作電極與對稱雙電層超級電容器器件制備

稱取約4 mg的多孔炭，按照多孔炭，乙炔黑，聚四氟乙烯質(zhì)量比為8∶1.5∶0.5的比例，并滴加適量無水乙醇，將3種材料均勻混合，并調(diào)制成粘稠狀，均勻涂抹于1 cm×1 cm大小的泡沫鎳上，在真空條件下于80 ℃干燥24 h，自然冷卻后在15 MPa的壓力下壓片1.5 min，即可得到所需的工作電極.選取兩個工作電極片，并在之間加入隔膜，浸泡于6 mol·L-1KOH電解液中，然后利用工作電極、隔膜、墊片、彈片等組裝成CR2032型對稱超級電容器.

1.5.2電化學(xué)性能測試計算公式

1)循環(huán)伏安法測試(CV).利用三電極體系在6 mol·L-1的KOH中測試并計算比電容C(F·g-1)，公式如下：

(1)

其中：i為電流對電壓的函數(shù),V；v為電位掃描速率，mV·s-1；ΔV代表測試的電壓區(qū)間，V；m為工作電極上活性物質(zhì)的質(zhì)量，g.

2)恒電流充放電測試(GCD).利用三電極體系在6 mol·L-1的KOH中測試并計算比電容C(F·g-1)，公式如下：

(2)

其中：I為充放電電流，A；Δt為放電時間，s；m為工作電極上活性物質(zhì)的質(zhì)量，g；ΔV為放電過程中的電壓變化，V.

3)對稱超級電容器的能量密度值E(Wh·kg-1)和功率密度P(W·kg-1)，通過對放電過程中的Q-V圖(或t-V圖)面積進(jìn)行數(shù)值積分，并使用式(3，4)進(jìn)行計算[13]，隨后進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換得到

式中：E為功率密度，Wh·kg-1；t1和t2分別為放電開始時間和放電結(jié)束時間，s；I為放電電流密度，A·g-1；V為測試的電壓區(qū)間，V；P為功率密度，W·kg-1；Δt為放電時間,s.

2 結(jié)果分析

2.1 物相分析

2.1.1ZBB的XRD分析和TGA分析

圖1a為ZBB粉末模擬計算所得到的衍射峰和X-射線衍射圖譜.計算所得結(jié)果和X-射線衍射數(shù)據(jù)之間的相似性表明了晶體的純度.ZBB粉末的X-射線衍射圖譜在2θ=11.50°、12.14°、13.10°、14.15°、16.26°、18.26°、21.18°等處出現(xiàn)的衍射峰，與計算所得結(jié)果一致，表明金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)ZBB成功合成[14].此外，在其他衍射角度出現(xiàn)衍射峰，可能是產(chǎn)物中存在未反應(yīng)的配體，使得產(chǎn)物不純.圖1b為ZBB的熱解炭化過程圖.整個熱解炭化過程可為4個階段：第一個階段為室溫至205.2 ℃，ZBB有12.77%的質(zhì)量損失.該過程可能是材料表面的結(jié)合水分子、DMF分子受熱蒸發(fā)導(dǎo)致[15].第二個階段為205.2～324.7 ℃，在此階段內(nèi)，ZBB有15.81%的質(zhì)量損失，此階段內(nèi)的質(zhì)量損失主要是由于框架材料中部分穩(wěn)定性較差的結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌，生成CO2和H2O逸出.第三個階段為324.69～499.69 ℃，ZBB的分解主要發(fā)生在此階段，為35.59%，在此階段，ZBB的骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌，生成的大量CO2和H2O逸散.第四個階段為499.69～821.69 ℃，在此階段內(nèi)，ZBB有24.65%的質(zhì)量損失，這是由于隨著溫度的升高，ZBB骨架進(jìn)一步坍塌，同時鋅離子氧化為氧化鋅，氧化鋅在高溫下與碳單質(zhì)反應(yīng)生成鋅單質(zhì)和二氧化碳.最后，在溫度為821.69～1 000 ℃時，曲線與x軸接近平行，失重最小，表明ZBB前驅(qū)體完全炭化為炭材料.

圖1 ZBB的物相分析

2.1.2多孔炭ZBBC-T和ZBBC-800-A的XRD分析

多孔炭ZBBC-T和ZBBC-800-A的X-射線衍射圖譜如圖2所示.由圖可知，觀察到有兩個衍射峰，其位置分別為2θ=21°～22°和2θ=42°～44°，分別對應(yīng)石墨的(002)和(101)衍射峰[16].在2θ為21.34°和21.58°顯示出寬而分散的衍射峰，表明多孔炭ZBBC-T和ZBBC-800-A均為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)[17]，與標(biāo)準(zhǔn)的石墨相比(2θ=26.6°)，多孔炭ZBBC-T和ZBBC-800-A的衍射峰均明顯向左偏移.根據(jù)公式2dsinθ=λ可知：相較于標(biāo)準(zhǔn)石墨的層間距(d=0.335 nm)，多孔炭的(002)平面之間的層間距被拉大，較大的層間距有利于在充放電過程中電解質(zhì)離子在炭層之間可逆的插層/脫出.多孔炭的(002)平面之間的層間距被拉大主要原因是該材料中含有氧原子，氧原子的摻雜使得多孔炭的晶格發(fā)生畸變.同時，在2θ=42.98°和2θ=43.14°處觀察到多孔炭ZBBC-T和ZBBC-800-A的X-射線衍射圖有一個微弱的衍射峰，表明其呈現(xiàn)輕微的石墨化狀態(tài)[18].

圖2 多孔炭的X-射線衍射圖譜

2.1.3多孔炭ZBBC-T和ZBBC-800-A的Raman分析

拉曼光譜技術(shù)通過對樣品特征峰的位置、相對強(qiáng)度、峰寬和形狀變化來揭示樣品形貌特征.圖3為多孔炭ZBBC-T和ZBBC-800-A的拉曼光譜圖，由圖可知，多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-1∶3在約為1 322、1 579 cm-1的位置有2個特征峰，分別為D帶(左)和G帶(右).其中，D帶主要與石墨炭的結(jié)構(gòu)缺陷密切相關(guān)，代表多孔炭中存在無序炭，而G帶主要源于sp2雜化碳的面內(nèi)振動，代表材料中存在石墨炭.D帶相對于G帶的峰位置、強(qiáng)度和峰寬取決于炭材料中雜質(zhì)和所存在官能團(tuán)的性質(zhì)，紊亂的類型.R=ID/IG表示炭材料的石墨化程度，比值越大，缺陷程度越大.由圖3a可知，多孔炭ZBBC-T的R值分別為1.876、1.761、1.620，R值隨著炭化溫度的升高而降低，表明多孔炭ZBBC-T的石墨化程度隨溫度升高而增強(qiáng)[19].由圖3b可知，多孔炭ZBBC-800-A的R值分別為1.969、1.831、1.734.可以看出多孔炭ZBBC-800-A的R值隨著氫氧化鉀的增加逐漸降低，這主要因為KOH的活化具有脫水和脫羧作用，使得材料中的含氧官能團(tuán)含量降低[20]，使得炭材料的石墨化程度和有序性增加.

圖3 多孔炭的拉曼光譜

2.2 微觀結(jié)構(gòu)

2.2.1形貌分析

通過掃描電鏡和透射電鏡對ZBB前驅(qū)體和ZBB衍生多孔炭微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)一步分析，以探究活化劑KOH對多孔炭微觀結(jié)構(gòu)和形貌的影響.圖4a為ZBB前驅(qū)體的掃描電鏡圖.由圖可知，ZBB前驅(qū)體是由大量棒狀顆粒相互交織堆疊組成.圖4b為多孔炭ZBBC-800的掃描電鏡圖.由圖可知，多孔炭ZBBC-800仍然由大量棒狀顆粒相互交織連接，這表明ZBB前驅(qū)體在經(jīng)過高溫煅燒后仍能保留其特定的骨架結(jié)構(gòu).在棒狀顆粒堆積連接的同時，顆粒之間形成大量的孔隙結(jié)構(gòu)，這些大小不一、形狀不同的孔隙結(jié)構(gòu)形成了三維的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將有利于電解液在多孔炭內(nèi)部進(jìn)行快速遷移，從而提高該材料的電化學(xué)性能.圖4c為多孔炭ZBBC-800-1∶3的掃描電鏡圖.相較于ZBBC-800，經(jīng)過活化后的多孔炭ZBBC-800-1∶3的形貌結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，其棒狀顆粒結(jié)構(gòu)消失，取而代之的是具有大量不同尺寸的孔洞結(jié)構(gòu)，這些孔洞使多孔炭呈現(xiàn)出三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使多孔炭的比表面積與孔容積進(jìn)一步增加.多孔炭中的微孔、介孔與大孔結(jié)構(gòu)相互連接，為電解液離子提供了充足的儲存空間，可大幅度提升多孔炭ZBBC-800-1∶3的電化學(xué)性能.圖4d、4e為多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-1∶3的TEM圖.由圖可知多孔炭ZBBC-800內(nèi)部由大量相互交錯的大孔和介孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成，呈現(xiàn)典型的無定形態(tài).多孔炭ZBBC-800-1∶3存在豐富的孔隙結(jié)構(gòu).該孔隙結(jié)構(gòu)為電荷傳輸、儲存提供基礎(chǔ)條件.

圖4 掃描電鏡圖和透射電鏡圖

2.2.2N2吸附/脫附

氣體吸附BET法測定固態(tài)物質(zhì)比表面積是普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)方法.圖5a為金屬有機(jī)框架ZBB、多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-A的氮?dú)馕?脫附曲線.由圖可知，在相對壓力P/P0=0～1時，金屬有機(jī)框架ZBB的氮?dú)馕?脫附曲線接近于橫軸，這顯示ZBB的比表面積較低.根據(jù)IUPAC對等溫吸附線類型的定義，多孔炭ZBBC-800的吸附曲線顯示經(jīng)典的Ⅳ型.在相對壓力P/P0<0.1時，曲線較為平緩，表明多孔炭ZBBC-T中存在少量的微孔結(jié)構(gòu)；在相對壓力P/P0=0.4～1.0時，多孔炭出現(xiàn)了一個較為明顯的H3型“回滯環(huán)”，表明多孔炭中有介孔結(jié)構(gòu)存在，此外，當(dāng)相對壓力P/P0<0.4時，吸附支線和解吸附支線不重合，這可能是多孔炭ZBBC-800中存在細(xì)頸瓶(墨水瓶)狀的孔徑.多孔炭ZBBC-800-A的吸附曲線呈Ⅳ型，在相對壓力P/P0<0.1時，曲線急劇上升，表明多孔炭中存在大量微孔結(jié)構(gòu)；在P/P0=0.45～1.0的區(qū)域，曲線出現(xiàn)了一個H4型“回滯環(huán)”，表明多孔炭中有介孔的存在.圖5b為金屬有機(jī)框架ZBB、多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-A基于密度泛函數(shù)理論計算所得的孔徑分布曲線.由圖可知，多孔炭ZBBC-800的孔徑分布主要為3～5 nm的介孔，而多孔炭ZBBC-800-A的孔徑分布以2～4 nm的介孔和低于2 nm的微孔為主.結(jié)合表1可知，ZBBC-800的比表面積和孔容積為241.7 m2·g-1和0.304 cm3·g-1，而多孔炭ZBBC-800-A具有更大的比表面積和孔容積，隨著炭堿比的增加，其比表面積和孔容積也在增加，ZBBC-800-1∶3的比表面積和孔容積達(dá)到2 349.2 m2·g-1、1.359 4 cm3·g-1，進(jìn)一步增加碳堿比后，其表面積和孔容積降低，這可能是KOH過度活化引起的微孔塌陷[21].

表1 ZBB和多孔炭的比表面積和孔隙特征

圖5 ZBB和多孔炭的氮?dú)馕?脫附曲線和孔徑分布曲線

2.3 表面組成分析

2.3.1XPS 測試

通過X射線光電子能譜儀(XPS)測定了多孔炭ZBBC-800-1∶3的元素組成,如圖6a所示，在測量光譜284.7、532.5 eV位置出現(xiàn)不同強(qiáng)度的衍射峰，分別代表多孔炭ZBBC-800-1∶3的C1s和O1s的衍射峰.圖6b中的柱形圖揭示了多孔炭中碳、氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為91.03%和8.97%.多孔炭ZBBC-800-1∶3表面含氧元素的官能團(tuán)有助于提高多孔炭材料的濕潤性[22]，對雙電層的形成有促進(jìn)作用.圖6c揭示了C1s譜圖擬合的2個特征峰，分別為代表C—C的284.8 eV、代表C—N/C==N的285.5 eV.圖6d則揭示了O1s譜圖擬合的3個特征峰，分別為代表C==O(ester)的531.8 eV峰、C==O(earboxyl)的532.4 eV峰和O—C==O的533.4 eV峰.多孔炭ZBBC-800-1∶3的XPS分析數(shù)據(jù)見表2.

圖6 多孔炭ZBBC-800-1∶3的XPS圖

表2 多孔炭ZBBC-800-1∶3的XPS分析數(shù)據(jù)

2.3.2EDS分析

圖7為多孔炭ZBBC-800-1∶3的EDS分析結(jié)果.由圖可知，多孔炭材料中含有碳、氧2種元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為91.53%和8.47%，結(jié)果與XPS分析基本一致.表明多孔炭ZBBC-800-1∶3主要由大量碳元素和少量氧元素組成，由氧元素組成的親水性基團(tuán)可以增強(qiáng)材料的濕潤性，從而增強(qiáng)炭材料的電化學(xué)性能.

圖7 多孔炭ZBBC-800-1∶3的EDS分析結(jié)果

2.4 電化學(xué)性能

2.4.1多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-A的電化學(xué)性能

圖8為在三電極體系中研究多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-A的電化學(xué)性能圖，圖8a是多孔炭在物質(zhì)的量濃度為6 mol·L-1KOH溶液中，電流密度為1 A·g-1下的恒電流充放電曲線，圖中恒電流充放電曲線呈類等腰三角形，展現(xiàn)出多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-A均具有良好的雙電層電容行為.多孔炭ZBBC-800、ZBBC-800-1∶2、ZBBC-800-1∶3和ZBBC-800-1∶4的比電容分別為111、222.2、305.2、145.3 F·g-1.顯然，多孔炭較高的比表面積及合理的孔徑分布更有利于電荷的傳輸與儲存.在不同電流密度下，基于恒電流充放電曲線得到多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-A的比電容如圖8b所示，由圖可知，隨著電流密度的增大，多孔炭ZBBC-800-A的電容均呈下降趨勢.在電流密度為10 A·g-1時，電容保持率分別為79.3%、74.7%、78.7%和75.0%，表明ZBBC-800和ZBBC-800-A具有良好的電容性能.圖8c為在掃描速率為10 mV·s-1時，多孔炭ZBBC-800和ZBBC-800-A的CV曲線.從圖中可以觀察到，CV循環(huán)曲線圖均偏離矩形的形狀，這主要是由于電解質(zhì)離子未能充分進(jìn)入多孔炭的微孔中，使部分微孔未被充分利用所致[23].圖8d為多孔炭ZBBC-T由EIS測試得到的能斯特曲線圖.交流阻抗曲線是由高頻區(qū)的半圓和低頻區(qū)的斜線組成.在低頻區(qū)，曲線接近于y軸，這表明多孔炭具有較低的離子擴(kuò)散電阻；在高頻區(qū)應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的半圓變?yōu)橐欢螆A弧狀，這主要與電極表面的不均勻性和吸附層有關(guān)[24].在高頻區(qū)，半圓弧與實軸的截距表示等效串聯(lián)電阻.由圖可知，多孔炭ZBBC-800、ZBBC-800-1∶2、ZBBC-800-1∶3和ZBBC-800-1∶4的交流串聯(lián)電阻(ESR)分別為0.66、1.02、0.63、0.69 Ω，可以看出，多孔炭ZBBC-T與ZBBC-800-A的低內(nèi)電阻值表明其具有良好的電荷傳輸性能.

2.4.2多孔炭ZBBC-800-1∶3的電化學(xué)性能

圖9a為多孔炭ZBBC-800-1∶3在不同電流密度下的GCD曲線，呈近似“等腰三角形”，表明該材料具有良好的雙電層行為.由圖9b可知，當(dāng)電流密度從1 A·g-1增加到10 A·g-1時，多孔炭ZBBC-800-1∶3的比電容從304.8 F·g-1下降到240 F·g-1，電容保持率為78.74%.比電容下降的主要原因可能是在高電流密度下，電解液離子在多孔炭上進(jìn)行插層/脫附發(fā)生擁堵，電解液離子不能被有效吸附在多孔炭的活性位點(diǎn)上，使得電化學(xué)性能降低.圖9c為多孔炭ZBBC-800-1∶3在不同掃描速率時的CV曲線，在10 mV·s1時的曲線積分面積最大，隨著掃描速率的增大，曲線積分面積減小，表明該材料具有良好的電化學(xué)性能和速率性能.

圖9d是利用電池測試系統(tǒng)測定的循環(huán)穩(wěn)定性曲線.由圖可觀察到，電容保持率先變大，這主要是因為多孔炭浸泡于電解液中，材料表面得到進(jìn)一步濕潤，電解質(zhì)離子能更深入嵌入到多孔炭內(nèi)部微孔中，使電容性能提高.隨后電容保持率不斷下降，在循環(huán)5 000次后，電容保持率為95.85%，表明該材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性.此外，根據(jù)電池測試系統(tǒng)所得的數(shù)據(jù)，計算了對稱超級電容器的能量密度與功率密度，分別8.06 Wh·kg-1和250 W·kg-1.

圖9 多孔炭ZBBC-800-1∶3的電化學(xué)性能測試

3 結(jié)論

利用水熱法合成了[Zn3(bpdc)3(bpy)]·2DMF·4H2O，分別采用炭化-化學(xué)活化法制備了多孔炭ZBBC-800、ZBBC-800-A.實驗結(jié)果表明，多孔炭ZBBC-800-1∶3具有無定形的石墨化結(jié)構(gòu)，其比表面積為2 349.2 m2g-1，孔隙結(jié)構(gòu)主要為微、介孔.在電流密度為1 A·g-1時,多孔炭ZBBC-800-1∶3比電容達(dá)304.8 F·g-1，且經(jīng)過5 000次循環(huán)后，電容保持率達(dá)95.85%.組裝的雙電層電容器器件能量密度和功率密度分別為8.06 Wh·kg-1和250.00 W·kg-1.