基于选择性化学刻蚀的低缺陷炭导电网络原位构筑及其对活性炭比表面积与导电性的协同增强

张晶; 张苏; 李齐齐; 纪麟肯; 李禹彤; 任宇康; 臧小蓓; 曹宁; 胡涵; 梁鹏; 范壮军

物理化学学报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (10) : 88 -98.

张晶, 张苏, 李齐齐, 纪麟肯, 李禹彤, 任宇康, 臧小蓓, 曹宁, 胡涵, 梁鹏, 范壮军

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摘要

导电性是影响活性炭的电化学性能的重要因素，但活性炭发达的孔隙结构通常会破坏连续导电网络。本研究以沥青/聚丙烯腈（PAN）混合前驱体为原料，提出一种简单的选择性化学蚀刻策略制备兼具高比表面积与高导电性的活性炭。研究发现，PAN衍生炭包含无定形与结晶炭；在活化过程中，高反应活性的无定形炭被优先刻蚀，促使低缺陷炭骨架原位重构为连续导电网络。优化样品的比表面积达2773 m²·g^-1，电导率提升了2.6倍(912 S·m^-1)，性能优于大多数活性炭。此外，沥青和PAN分子之间通过预氧化产生的强交联效应使制备的活性炭的产率（58%）显著高于纯沥青基活性炭（34%）。组装的对称超级电容器在10 mg·cm^-2高负载量下仍表现出优异的面电容(1 A·g^-1时为2.8 F·cm^-2)、良好的倍率性能(50A·g^-1时电容保持率为41%)、高的能量密度(10.9 Wh·kg^-1)及卓越的循环稳定性（50000次循环后容量无衰减），本工作显示了高导电活性炭在实际应用中的巨大潜力，为先进储能器件用导电活性炭的制备提供了新思路。