電化學(xué)電容器的新型炭電極材料一納米孔玻態(tài)炭文越華曹高萍程杰楊裕生電化學(xué)電容器是一種高功率的新型儲能器件，且比能量高出物理電容器百倍。而功率密度的提篼首先耍改善電極材料的性能。多孔炭為電化學(xué)電容器的首選電極材料。研制功率型炭電極材料重點(diǎn)要解決人比表面積、發(fā)達(dá)孔結(jié)構(gòu)與良好導(dǎo)電性、高密度之間的矛盾，同時要盡可能地降低成本。玻態(tài)炭（GC）是一種篼電導(dǎo)率的硬炭材料：但它十分致密，包含的超微閉孔僅3A左右，不透氣，不透水，活化時只能外表15-20微米厚的薄層形成多孔結(jié)構(gòu)，無法整體活化，難以成為電化學(xué)電容器的優(yōu)良電極材料，且制備成本高。我們從玻態(tài)炭的制備原料出發(fā)，集成了炭材料制備中的有關(guān)技術(shù)，提出并研制了整體呈以納米開孔為主的活性炭結(jié)構(gòu)、又有導(dǎo)電性能良好的玻態(tài)炭質(zhì)體、并可直接成型的納米孔玻態(tài)炭（Nanoporousglassycarbon，簡稱NPGC）新型炭電極材料。此命名是為了與前人將級大孔的玻態(tài)炭稱作“多孔玻態(tài)炭”和將玻態(tài)炭進(jìn)行表層氧化所得的“活性玻態(tài)炭”W相區(qū)別。在大量單因素輪換實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以均勻設(shè)計(jì)法進(jìn)行多因素、多水平研究，得出比較優(yōu)化的工藝，所制納米孔玻態(tài)炭的比電容達(dá)到230F/g，大電流性能良好，有較高的電導(dǎo)率（14S/cm）和體密度（約0.65g/cm3），性能全面超過了制備成本高、但因性能優(yōu)越而被競相研究的中孔炭氣凝膠13.成孔機(jī)理研究表明，利用粉碎、壓制成型工藝的*Swansea*法制玻態(tài)炭，其原料線性酚醛樹脂壓制體在炭化過程發(fā)生燒結(jié)、熔并，孔隙強(qiáng)烈收縮、消失，從而制得超微閉孔型玻態(tài)炭。本文中制備的納米孔玻態(tài)炭，其原料線性酚醛樹脂與固化劑六次甲基四胺球磨固相混合，空氣中熱固化反應(yīng)后，固化樹脂顆粒內(nèi)外層交聯(lián)度不同，形成“殼芯”結(jié)構(gòu)。粉碎壓制時，破碎后的“芯”作為粘合劑使材料成型，炭化時殼層不融化而阻擋內(nèi)芯熔并，于是，碳粒內(nèi)外形成豐富的開放孔隙，活化劑氣體能夠擴(kuò)散滲入體相進(jìn)行活化而得納米孔玻態(tài)炭。

　　系統(tǒng)研究了NPGC電極孔結(jié)構(gòu)對其電容性能的影響隨充、放電倍率的變化，結(jié)果表明，充、放電倍率提高，形成雙電層電容的有效比較小孔徑增大，但仍在微孔范疇。以小微孔為主的炭材料，阻抗大，比電容隨充、放電流的增大而迅速衰減，大電流性能極差；而中孔炭或lnm左右有較多分布的大微孔炭材料，阻抗小，比電容隨充、放電流衰減緩慢，大電流性能良好。但中孔炭不易獲得高的電容童，大微孔發(fā)達(dá)的炭材料則可更好地兩者兼顧，其電容性能更優(yōu)。

　　以納米孔玻態(tài)炭為電極材料，其孔結(jié)構(gòu)具有l(wèi)nm左右大微孔有較多分布的特點(diǎn)，裝成CR2016型扣式電容器，內(nèi)阻低，材料的比較大比功率達(dá)到13.5kW/kg，超過目前普遍看好的中孔炭氣凝膠（7.7kW/kg），成為一種高功率電化學(xué)電容器用極具潛力的理想炭電極材料。