1.4性能表征

1）微觀形貌。將5種碳材料制備成沿縱向切割的片狀材料，然后用導電膠把樣品粘結在樣品臺上，進行真空噴金處理，處理后的樣品通過掃描電子顯微鏡（SEM）進行微觀形貌觀察，并在相同倍數下打出對應的EDS能譜。2）化學結構。利用X射線衍射儀獲得5種材料的晶體結構，在范圍0~90o內以4o/min的掃描速率進行掃描。3）比表面積及孔隙度。使用全自動比表面積及孔隙度分析儀（BET）對5種材料的樣品進行脫氣處理、吸脫附測試，得到碳材料的比表面積、氮氣（N2）吸脫附狀況和孔隙分布情況。

2結果與分析

2.1碳電極材料的孔隙結構及比表面積

碳電極材料的SEM圖見圖1。從圖中可看出，5種碳材料均具有可供電解液通過的孔隙，包括大孔和小孔，形成多層級的孔隙結構。這種孔隙綜合分布的結構可以為電解液的滲透和傳輸提供較短的路徑，既有利于離子的快速傳輸從而減小材料的內阻，也有利于為樣品提供一定的比表面積（KOH）。其中，圖1d為竹炭不同倍數下的SEM圖，可看出其孔隙結構層級顯著，最為豐富。

注：a1-2木質炭；b1-2菊花炭；c1-2鋼炭（碳化爐燒）；d1-2竹炭；e1-2鋼炭（土窯燒）。圖1不同碳材料電極在不同倍數下的SEM圖

為了比較5種碳材料的比表面積和孔隙結構，采用BET測試進行進一步分析N2吸附曲線和孔徑分布。N?等溫吸脫附曲線是通過測量在恒定溫度下，物質表面在不同相對壓力下的氮氣吸附量所得出的曲線，對其進一步分析，可獲得材料的比表面積、孔容、孔徑分布等信息。

比表面積是指單位質量物料所具有的總面積（單位為m2/g），通常被用于描述固體材料的表面特性，這些固體材料包括粉末、纖維、顆粒、片狀或塊狀等形態。將比表面積與物質的孔隙結構結合來看，一般比表面積大、活性大的多孔材料，吸附能力強。表2為5種碳材料的比表面積和孔隙分布情況?？梢钥闯觯撎浚ㄍ粮G燒）的比表面積為341.7242m2/g，竹炭的比表面積為277.8179m2/g，均遠大于其余3種碳材料的比表面積，這種大的比表面積為離子通過提供了更多的附著位點，也為電容器的儲能提供了更大的可能。同時，竹炭的灰分含量為1.58%（表1），在5種碳材料中灰分含量較少，灰分含量低可以有效降低離子擴散過快時雙電層瓦解的程度，并且對雙電層穩定性的提高有一定幫助。

表2不同碳材料電極的比表面積和孔隙分布注：表中SBET為材料的比表面積；VPore表示材料在測試過程中的氮氣吸附量；Daver表示材料孔的直徑。

5種碳材料的N2吸附曲線圖和孔徑分布圖見圖2?？梢钥闯觯谖綍r，隨著相對壓力（P/P0）的逐漸增大，吸附量呈上升趨勢；而當脫附時，隨著相對壓力從1.0逐漸減小至0.0，微孔中吸附的氣體開始逐漸釋放，導致脫附曲線呈現下降趨勢。并且竹炭、鋼炭（土窯燒）的磁滯回線保持開放狀態，這歸因于微孔的存在，相應的孔徑分布驗證了這一點（圖2b）。

注：a）5種碳材料的氮氣吸附—脫附曲線；b）5種碳材料的孔徑分布。圖2不同碳材料電極的孔隙分布。

其中，竹炭在P/P0<0.1范圍內N2吸附量更顯著，說明竹炭具有更豐富的微孔含量。從圖2b)可看出，5種碳材料中竹炭和鋼炭（土窯燒）的孔隙直徑接近于2 nm的孔隙體積遠大于其余3種碳材料，且圖中均未出現鼓峰，說明這2種材料中存在微孔，因為在Barrett-Joyner-Halenda法（BJH）測試下無法測出微孔的鼓峰，其中竹炭的孔隙直徑小于鋼炭（土窯燒）。結合圖2和表3可看出，竹炭的孔隙直徑大多為小于4 nm的微孔和介孔，而直徑大于50 nm的大孔分布很少，這種結構有助于促進電解質離子在材料中的運輸能力，從而提高材料的電化學性能。