《表2 相关文献报道的碳材料的比电容》

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《超盐环境下含氮碳气凝胶的制备及其在超级电容器中的应用》

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上述表征和分析结果说明，NCA有望表现出良好的电容性能。因此，采用循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）和电化学阻抗（EIS）测试了样品的电化学性能，其结果如图5与图6所示。在扫速为10mV/s时，NCA和CA的循环伏安曲线均呈现出近似矩形的形状，并可观察到不明显的氧化还原峰[图5（a）]。这表明存在表面官能团的氧化还原反应，所以样品的储能机理同时包括赝电容和静电吸附导致的双电层电容两种类型[38]。与CA相比，NCA样品显示出更强的氧化还原峰，这是由NCA的碳骨架表面上存在更多的杂原子官能团而引起的氧化还原反应造成的，且峰的位置由于氮的掺杂也有些偏移[39]。从面积上看，NCA样品的CV曲线面积远比CA的大，说明NCA的电容性能比CA的更加优异。图5（b）显示的是NCA样品的恒流充/放电曲线，在高扫速（20 A/g）下，其恒流充/放电曲线仍然保持类三角形形状，显示出NCA优异的电容行为，这可能与NCA的分级多孔结构和氮原子的掺入有关[40-41]。该曲线具有类三角形的形状，进一步反映了赝电容的存在，这也与CV曲线的特征相一致[42]。根据GCD放电曲线计算得出NCA的比电容值为350.7 F/g，这高于很多已报道的、甚至高于一些双掺杂的碳材料的比电容值（表2）。NCA的比电容是CA的1.6倍，这可能与两个方面有关:（1）氮的掺杂提供了新的化学反应位点，从而可以产生额外的赝电容[47]；（2）NCA的三维联通的分级多孔结构有利于电解质离子在电极表面积累从而形成更多的双电层电容[48-49]。稳定性是评价电极材料好坏的一个非常重要的指标。如图5（c）所示，在电流密度为20 A/g时经历10000圈循环恒流充放电之后，NCA的电容保持率依然高达97.8%，显示出了优异的循环稳定性。从图5（c）的内嵌图可以看出，随着电流密度的增大，比电容均呈下降趋势，这可能是由于在高电流负荷下，电极材料的部分杂原子官能团来不及发生氧化还原反应从而会损失部分赝电容。此外离子从电解液输送到电极活性材料的表面和内部时，碳气凝胶中微孔对电解液离子的扩散迁移的限制作用会引起扩散电阻的增加，从而也会造成比电容的下降[50]。