臭氧處理改性活性炭儲能的應用,目的是評估與臭氧處理相關的能量儲存過程中氧摻雜活性炭的物理化學變化與電化學性質之間的相關性。活性炭的化學和電化學性能強烈依賴于表面上的微觀結構以及官能團的存在。有幾種方法，以便修改所述碳表面摻入其它雜原子(例如，氮，氧，碘)。改變碳結構的一種方法是通過暴露于臭氧而進行氧化。臭氧化的過程中導致增加在氧官能團(羧基，羰基，羥基，內酯，或醚)濃度。

　　活性炭的電化學測量

　　將改性和未改性的活性炭用作電化學電容器的電極材料。電化學測量使用循環(huán)伏安法和電化學阻抗譜(恒電位儀/恒電流儀VMP3，Bio-Logic)進行。所有的電化學研究都是在1 MH與一個世偉系統(tǒng)組裝兩個和三個電極細胞中進行2 SO 4，1M的Na 2 SO 4，和6M KOH。電極由85重量%的碳，10重量%的聚偏二氟乙烯(Kynar Flex 2801)和5重量%的乙炔黑組成。

　　為了確定臭氧處理后活性炭所產生的結構變化，采用拉曼光譜法對其進行了改性前后的樣品進行分析。通過變換紅外光譜測定了改性和原料的官能團。通過掃描電子顯微鏡分析樣品的形態(tài)。樣品以5Kmin -1的速率加熱在氬氣氛下。通過分析77 K(容積吸附系統(tǒng))的氮吸附法得到表面積以及多孔結構的變化。改性和未改性活性炭的拉曼光譜如圖1a所示。可以看到兩個主帶，稱為D波段和G波段。G和D帶對應于sp 2位點。G帶是由于兩個環(huán)和鏈中所有對sp2原子的鍵伸展。因此，D波段歸因于環(huán)中sp 2原子的所謂呼吸模式。因此，D波段對應于石墨烯片缺陷引起的無序碳。

　　在酸性，堿性和中性溶液中的兩電極電池中研究了改性活性炭的電化學性質。圖2示出了在等于10mV s -1的掃描速率下測試材料的循環(huán)伏安圖(CV)。CV環(huán)的形狀幾乎是矩形，因此可以說被檢查材料具有良好的電容性能。所有計算的電容(單個電極的活性質量表示)總結在表1中。基于CV測量，可以得出結論，臭氧化過程增加了電化學電容器的比電容。修改60分鐘的活性炭表現(xiàn)最好，因為它的電容不僅在酸性電解質中增加，而且在堿性和中性電解質中也增加。對于在6M KOH-中操作的電容器觀察到最高的電容：其電容達到123Fg -1。在所有研究的電解質暴露于臭氧120分鐘后，比電容降低。盡管在臭氧化時間期間表面積減小，但是觀察到電容增加。可以說，氧功能的存在增強了碳表面的潤濕性，并改變了電荷存儲性能，這與熱重分析和FTIR分析結果一致。

　　結果發(fā)現(xiàn)臭氧化過程對活性炭的化學和物理性質有很大的影響。改性后，碳材料具有更多的氧和氮功能，導致sp 3中含量更高站點。電化學測量表明，臭氧處理的碳可以被認為是構建電化學電容器的非常有吸引力的材料。活性炭交流和直流的方法顯示由于臭氧化過程引起的比電容的增加。基于碳的電容器臭氧化60分鐘，性能最好。此外，對于在6M KOH中操作的電容器觀察到最高的電容。我們假設醌類基團的還原過程在動力學上快得多，并且在基本電解質中的負電位發(fā)生。應該注意，負極具有較高的電容值，這對于用不對稱電極構建電化學電容器是非常重要的。