电化学还原处理对碳纸形貌和电化学电容的影响

doi:10.7503/cjcu20150724

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (11): 2304.doi: 10.7503/cjcu20150724

电化学还原处理对碳纸形貌和电化学电容的影响

严鹏丽^1,², 李爱龙^2,³, 张丙青², 施晶莹²(), 甘阳¹(), 李灿²

1. 哈尔滨工业大学化工学院, 哈尔滨 150001
2. 中国科学院大连化学物理研究所, 催化基础国家重点实验室, 大连洁净能源国家实验室, 大连 116023
3. 中国科学院大学, 北京 100049

收稿日期:2015-09-17 出版日期:2015-11-10 发布日期:2015-10-27
作者简介:联系人简介: 甘阳, 男, 博士, 教授, 主要从事表界面处理和表征. E-mail:ygan@hit.edu.cn;施晶莹, 女, 博士, 研究员, 主要从事电极修饰及性能研究. E-mail:jingyingshi@dicp.ac.cn
基金资助:
国家“九七三”计划项目(批准号: 2014CB239403)和中央高校基本科研业务费(批准号: HIT.KISTP.201406)资助

Electrochemical Reduction Effects on the Morphology and Electrochemical Capacity of Carbon Paper

YAN Pengli^1,², LI Ailong^2,³, ZHANG Bingqing², SHI Jingying^2,^*(), GAN Yang^1,^*(), LI Can²

1. School of Chemical Engineering & Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
2. State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences,Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian 116023, China
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2015-09-17 Online:2015-11-10 Published:2015-10-27
Contact: SHI Jingying,GAN Yang E-mail:jingyingshi@dicp.ac.cn;ygan@hit.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

对电化学还原处理过程中碳纸的形貌和电容的变化进行了研究. 扫描电子显微镜观测结果显示电还原使碳纤维分解为碳颗粒, 并且表面粗糙度增加. 拉曼光谱结果显示I_D/I_G的比值在还原处理1 min后即出现改变, 表明碳纸无序度增加. BET测试结果显示电还原处理后碳纸的比表面积明显增加. X射线光电子能谱结果表明还原处理后碳纸表面羟基的数量随之增加. 此外, 在-1.6 V下还原5 min后碳纸电容增加到原来的15倍, 并在1500个循环的稳定性测试中保持不变, 显示出良好的稳定性.

关键词: 碳纸, 电化学还原, 电容, 稳定性

Abstract:

We studied the changes in the morphology and electrochemical capacity of carbon paper caused by the electrochemical reduction. SEM images show that the electrochemical reduction caused the decomposition of reduced carbon papers(rCPs) into carbon particles and rough surface. Raman spectra show the surface disorder as evidenced by higher I_D/I_G ratio for treating time as short as 1 min. BET tests reveal the markedly increased specific surface area caused by the electrochemical reduction of carbon paper. XPS analyses show a higher quantity of surface hydroxyl species(C—OH) on rCPs. The capacitance of rCP(treated at -1.6 V for 5 min) is 15 times that of the pristine carbon paper, and this outstanding capacitance is rather stable even after prolonged charge-discharge 1500 cycles.

Key words: Carbon paper, Electrochemical reduction, Capacitance, Stability

中图分类号:

O646

TrendMD:

严鹏丽, 李爱龙, 张丙青, 施晶莹, 甘阳, 李灿. 电化学还原处理对碳纸形貌和电化学电容的影响. 高等学校化学学报, 2015, 36(11): 2304.

YAN Pengli, LI Ailong, ZHANG Bingqing, SHI Jingying, GAN Yang, LI Can. Electrochemical Reduction Effects on the Morphology and Electrochemical Capacity of Carbon Paper. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(11): 2304.

图/表 6

Fig.1 FESEM images of CP(A) and rCP reduced at -1.6 V for 10 min(B) Insets are the FESEM images with higher magnification.

Fig.2 XRD patterns(A) and Raman spectra(B) of CP(a) and rCPs reduced at -1.6 V for 1 min(b), 5 min(c) and 10 min(d)

Fig.3 Deconvoluted C1s XPS spectra of CP(A) and rCPs reduced at -1.6 V for 1 min(B), 5 min(C) and 10 min(D)

Fig.4 Plots of the interfacial capacitance(solid symbol) and specific capacitance(hollow symbol) of CP and rCP(A) and plots of the interfacial capacitance versus the cycle numbers for CP and rCP(B)

Fig.5 CV curves(A) and charge-discharge performance(B) of CP(a) and rCPs reduced at -1.6 V for 1 min(b), 5 min(c) and 10 min(d) (A) Scan rate 100 mV/s; (B) current density is 10 μA/cm2, except that of rCP reduced for 10 min is 100 μA/cm2.

Fig.6 Nyquist plots for CP and rCPs(A), evolution of the real part(B) and imaginary capacitance(C) vs. frequency for CP and rCPs a. CP; b. rCP reduced at -1.6 V for 5 min; c. rCP reduced at -1.6 V for 10 min.

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Electrochemical Reduction Effects on the Morphology and Electrochemical Capacity of Carbon Paper

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