以煤全组分分离所得的煤疏中质组经炭化所得泡沫炭为原料,采用KOH活化法制备出活性泡沫炭,通过电化学性能测试,并在结合相关文献数据基础上,重点分析了炭材料的比表面积和5 nm以下介微孔孔径分布对其电化学性能的影响,认为5 nm以下介微孔孔径分布类型是影响多孔炭电化学性能的首要因素,其次才是比表面积.研究结果表明:所制备的炭材料5 nm以下介微孔具有峦型、峰型和弥散型3种孔分布特征类型,其中具备峦型孔分布的样品有较高的比表面积和比电容,一般在2 000 m2/g和180 F/g以上;而峰型和弥散型孔分布的样品比表面积和比电容较低,一般在1 500 m2/g和150 F/g以下;当介微孔孔径分布为峰型时,其比电容量与比表面积关系呈区域水平特征,此时比表面积不是比电容量的控制因素;当介微孔孔径分布为峦型时,其比电容量与比表面积关系呈区域线性上升特征,即比电容量总体上随比表面积升高而升高,此时比表面积成为比电容量的控制因素.形成这一结果的原因在于两种分布类型下的孔型结构及所带来的电解质传输阻力,如峰型分布下的嵌套孔在嵌套节点处突然变径而产生较大的电解质传输阻力,使得电解质只能到达某个节点;而峦型分布下的嵌套孔在嵌套节点处过度平缓光滑,电解质传输阻力相对较小,电解质可以进入更深的内部孔.峰型分布时比表面积利用率一般较高（单位比表面积的比电容在8～50μF/cm2范围内）,且总体上随比表面积增加而降低;而峦型分布时比表面积利用率相对较低且对不同比表面积样品基本维持一致（单位比表面积的比电容一般在3.5～11.0μF/cm2范围内）.当峰型分布有较高比表面积时,其孔深相对较深而嵌套孔数量较少,从而造成反映电解质溶液/离子扩散阻力的等效阻抗Z45的下降;峦型分布的各样品孔深基本一致,导致其单一孔的电解质溶液/离子扩散阻力基本一致,对应Z45单基本一致,而Z45随微孔孔容增加理论上按Z45=Z45单/N降低.

国家自然科学基金项目(51674260)；教育部高等学校博士学科点专项科研基金(博导类)(20130095110006)；

1 实验部分
1.1 原料准备
1.2 活性泡沫炭的制备
1.3 材料表征及电化学性能测试
2 结果与分析
2.1 活性泡沫炭的孔结构参数与比电容
2.2 活性泡沫炭的孔径分布及其特征分类
2.3 不同孔径分布类型下炭材料比电容量与比表面积
2.4 比电容量与比表面积关系的机理分析
3 结 论

秦志宏,陈强,刘曼,李双双,陈航,杨小芹,林喆.介微孔孔径分布类型与多孔炭电化学性能——5nm以下介微孔的影响及其机理[J].中国矿业大学学报,2020,49(05):907-919.