《表3 样品电化学阻抗各项数据》

  提示：宽带有限、当前游客访问压缩模式

本系列图表出处文件名：随高清版一同展现

《氮掺杂竹炭基超级电容器电极材料制备与表征》

1. 获取 高清版本忘记账户？点击这里登录

1. 下载图表忘记账户？点击这里登录

注:RESR为等效串联电阻；Rs为接触电阻；f0为CEIS/CMax=0.5时对应的频率值；τ0为弛豫时间。

竹活性炭材料的GCD曲线与EIS图谱及其各项电化学性能如图7所示。各样品在1 A/g电流密度下的GCD曲线如图7a所示，弯曲的恒流充放电曲线表明氮掺杂竹炭材料并非呈典型的双电层电容器特性，还存在额外的赝电容。多孔炭材料中掺杂有氮元素，吡啶型氮与吡咯型氮的存在一定程度上增强了表面的亲水性，另外通过吸引质子或在空间电荷密度加强醌式氮结构的氧化还原反应，引入额外稳定的赝电容，最直观的表现为电化学性能的提升。BC-1、NC-0.5、NC-1、NC-2、NC-3的比电容量分别为120，203，224，200和181 F/g，其中NC-1样品具有最优异的比电容量，这可能是其具有较大的比表面积、合适的孔径比例及结构、较好的内部缺陷以及氮掺杂综合影响的结果。NC-1样品在不同电流密度下的GCD曲线如图7b所示，当电流密度小于10 A/g时曲线不存在明显的电压降，表明NC-1具有较小的内部电阻。图7c可以明显地观察到在0.2 A/g电流密度下，NC-1样品的恒流充放电曲线并非对称的三角形，当电位为-0.3和-0.7 V时出现了明显的弯曲，表明氮掺杂竹炭材料在充放电时存在氧化还原反应。这归因于当电流较小时，一方面材料拥有足够的时间和空间距离进行电子传输和离子扩散，此时含量丰富的微孔被最大程度利用；另一方面掺杂于多孔炭材料中的氮元素拥有更充足的时间发生更多氧化还原反应并且增加材料的亲水性，该现象充分表明氮元素掺杂于多孔炭材料中有利于提高竹活性炭材料的电化学性能。随着电流密度的增加比电容缓慢下降（图7d），而在大电流密度下比电容大幅度下降，其中BC-1的电容保持率为54.8%，与NC-0.5（80.2%）、NC-1 （83.7%）、NC-2 （75%）与NC-3（72.5%）的电容保持率有较大的差距。这是由于两次活化使NC-x样品均具备一定比例的介孔和大孔，为离子在大电流密度的储存和传递提供了通道，另外材料的赝电容也有利于维持高电容保持率。在0.01～10 000 Hz频率范围内对样品进行电化学阻抗测试（图7e和f），在高频区域NC-1的尼奎斯特曲线与实轴的垂直程度明显优于其他样品，表明其具有较好的离子扩散能力[17]。低频区域为材料样品等效串联电阻（RESR）与接触电阻（Rs）的特性曲线，其中BC-1、NC-0.5、NC-1、NC-2、NC-3的Rs分别为0.62，0.37，0.16，0.42和0.46Ω，其中NC-1的接触电阻最小，表明该样品具有优异的离子扩散性能，这与高频区域的尼奎斯特曲线相吻合。电化学阻抗伯德曲线用于评价炭材料的充放电性能（图7f），曲线向高频区域偏移程度越大表明其电化学性能越优异[18]。BC-1、NC-0.5、NC-1、NC-2、NC-3的弛豫时间（τ0）分别为6.2，3.4，1.9，5.0和3.7 s，表明NC-x样品的倍率性能均优于BC-1，且τ0值与电容保持率的规律相吻合（表3）。