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第30卷第2期洁净煤技术Vol.30No.2

2024年2月CleanCoalTechnologyFeb.2024

煤焦油衍生模板碳孔隙重整及高体积电容性能

吴东阳,孙飞,范为,王坤芳,张博然,赵广播

（哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001）

摘要：各类储能器件中，超级电容器因其功率密度高、充放电速度超快、循环寿命长等优点，是电化

学储能技术的重要发展方向。其中，多孔碳电极是超级电容的核心材料。然而，传统多孔碳电极材料

重点关注高孔隙率和高比面积的实现,从而导致疏松的碳骨架结构，使材料密度降低,进一步限制了

超级电容器的体积性能。因此，具有合理孔隙结构和致密骨架的碳电极材料是提升双电层电容器体

积性能的关键。以低成本煤焦油为碳源，对基于相转变过程制备的不同模板材料进行包覆后碳化，获

得具有致密多孔结构的碳纳米片PCS。该材料中优化的分级孔结构降低了多余的中/大孔占比,使其

具有高堆积密度（0.64g/cm²），可同时实现优异的质量和体积比电容性能。在水系双电层电容器中，

制备的PCS电极在低质量负载2mg/cm²时可以获得277F/cm²的高体积比电容；在高质量负载

8mg/cm²时，体积比电容仍保持244F/cm²，且最大体积能量密度和功率密度分别为8.46Wh/L和

10.9kW/L。此外，双电层对称电容器也表现出优异的循环稳定性（超过4万次循环）,证明了PCS在

双电层电容器高密度储能方面的应用潜力。

关键词：煤焦油；模板；孔结构重整；体积能量密度；超级电容器

中图分类号：TQ53;TQ152文献标志码：A

Porestructurereformationoftar-derivedtemplatedcarbonswithhigh

volumetriccapacitiveproperties

WUDongyang,SUNFei,FANWei,WANGKunfang,ZHANGBoran,ZHAOGuangbo

(SchoolofEnergyScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)

Abstract:Amongallkindsofenergystoragedevices,supercapacitorshaveattractedwideattentionbecauseofoutstandingcharacteristics

suchashighpowerdensity,ultra-fastchargeanddischargespeed,andlongcyclelife.Porouscarbonmaterialsarewidelyusedinelectri-

caldoubllayercapacitor(EDLC)electrodematerialsbecauseoftheiradjustablemulti-scalestructure,highspecificsurfaceareaand

abundantporestructure.However,thehighporosityresultsinloosecarbonskeletonstructures,whichreducesthematerialdensityand

furtherlimitsthevolumetricperformanceofthedouble-layercapacitor.Therefore,thekeytoenhan