牛曉勤 ,吳迪塵 ,李 燕 ,尉梅梅 ,陳玉紅

(1.蘭州理工大學(xué) 石油化工學(xué)院,甘肅 蘭州 730050;2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 信息工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730000;3.蘭州理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730050)

超級(jí)電容器又稱為電化學(xué)電容器,由于其具有高功率密度、快速充放電能力以及長(zhǎng)循環(huán)壽命等特點(diǎn),受到廣泛關(guān)注[1]。電極材料是決定超級(jí)電容器性能至關(guān)重要的因素之一,常見(jiàn)的電極材料有炭材料、過(guò)渡金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物等。其中過(guò)渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物雖然可以提供較高的法拉第贗電容,但因其循環(huán)穩(wěn)定性較差,應(yīng)用受到限制[2]。炭材料由于其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、電導(dǎo)率高且成本較低而備受關(guān)注。炭材料主要包括活性炭[3]、碳納米管[4-5]、石墨烯[6]等。一般活性炭等材料主要來(lái)源于煤、石油及其衍生物的熱解,價(jià)格昂貴且不可再生。從可持續(xù)性考慮,低污染、可再生、低成本炭材料的開(kāi)發(fā)非常有意義[7]。

生物質(zhì)作為一種可再生資源,具有廉價(jià)易得的特點(diǎn),且主要由碳水化合物組成,是比較理想的制備炭材料的前驅(qū)體。近些年,大量的研究者對(duì)生物質(zhì)的炭化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明將生物質(zhì)直接炭化所得的炭材料電化學(xué)性能不佳,需要對(duì)其進(jìn)行活化處理?；罨譃槲锢砘罨?、化學(xué)活化和物理化學(xué)活化。較為常用的活化方法是化學(xué)活化法,常用的改性劑有H3PO4[8]、K2CO3[9]、ZnCl2[10]、FeCl2[11]、NaOH[12]和KOH[13-15]等。其中KOH 活化劑最為常見(jiàn),效果最好,因?yàn)樵摲椒ú僮骱?jiǎn)便,產(chǎn)碳率高,有良好的孔徑分布以及較高的比表面積。對(duì)于炭基電極材料而言,雙電層電容(EDLC)在電荷存儲(chǔ)中占主導(dǎo)。因此,炭材料的比表面積是影響其電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一[16],而使用KOH 對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行活化,可以有效提升生物質(zhì)炭材料的比表面積,因此使用KOH 活化在制備生物質(zhì)炭方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

隨著研究的不斷深入,金屬摻雜炭材料引起了一些研究者的興趣。Peng 等[17]選用富勒烯衍生物二茂鐵吡咯烷C60作為前驅(qū)體,由于前驅(qū)體本身含有N 和Fe,經(jīng)過(guò)一系列處理后,成功合成了原位N 和Fe 共摻雜的三維層疊碳復(fù)合材料。最終制備的N 和Fe 共摻雜炭材料在0.1 A/g 的電流密度下比電容可達(dá)505.4 F/g。Zhu 等[18]利用聚多巴胺納米顆粒吸附溶液中的Fe3+,然后將混合物在高溫下煅燒,形成了Fe3O4(NCSs@Fe3O4)的氮摻雜炭材料(NCSs)。其比電容在1 A/g 的電流密度下可達(dá)到206 F/g,經(jīng)過(guò)5000 次循環(huán)測(cè)試后仍能保持初始容量的95%,具有良好的電化學(xué)性能。Zhang 等[19]先用濃硝酸改性活性炭,隨后使用了兩種不同的方法處理,一是簡(jiǎn)單地將活化炭和氧化銅進(jìn)行物理混合;另一種是先將活化炭和氯化銅混合,然后將混合物進(jìn)行一步簡(jiǎn)單的熱處理,氯化銅進(jìn)行原位熱分解反應(yīng)生成氧化銅,實(shí)現(xiàn)炭材料與氧化銅的復(fù)合。結(jié)果表明,熱分解法制備的炭/氧化銅復(fù)合材料相較于簡(jiǎn)單的物理共混法可以達(dá)到更好的效果。從中可以看出經(jīng)過(guò)金屬摻雜后的炭材料,往往具有更好的電化學(xué)性能,并且通過(guò)熱分解法制備具有優(yōu)異電化學(xué)性能的炭/金屬氧化物材料是一種行之有效的方法。所以本研究選用吸附法引入Fe3+,再經(jīng)過(guò)一步簡(jiǎn)單的熱處理來(lái)制備鐵摻雜炭材料。

檳榔作為一類食品,食用過(guò)后往往會(huì)作為垃圾丟棄,但檳榔本身結(jié)構(gòu)蓬松、質(zhì)地柔軟,是制備生物質(zhì)炭材料的理想前驅(qū)體。因此,本工作創(chuàng)新性地以檳榔作為前驅(qū)體,經(jīng)由預(yù)氧化、KOH 活化和炭化過(guò)程制備出了高比電容的生物質(zhì)炭材料。將活化后的炭材料浸漬于FeCl3·6H2O 溶液中吸附Fe3+,經(jīng)過(guò)抽濾、洗滌、干燥后,進(jìn)行一步簡(jiǎn)單的熱處理,即可得到鐵摻雜炭材料。鐵元素的引入提高了炭材料的電荷轉(zhuǎn)移速度,使其電荷轉(zhuǎn)移阻抗減小,進(jìn)一步增加利用雙電層機(jī)理進(jìn)行儲(chǔ)能的活性位點(diǎn),從而有效地提高了電化學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)主要儀器及試劑

主要儀器:掃描電子顯微鏡(SEM,日本JEOL 公司,JSM-6701F);透射電子顯微鏡(TEM,TECNAI TF20);比表面積及孔徑分析儀(北京精微高博科學(xué)技術(shù)有限公司,JW-BK200C);X 射線光電子能譜分析(XPS,ESCALAB 250Xi);電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司,CHI660E);LAND 電池測(cè)試系統(tǒng)(武漢藍(lán)電電子有限公司,CT2001A)。

主要試劑:檳榔;氫氧化鉀(KOH,天津市富宇精細(xì)化工有限公司,AR);鹽酸(HCl,白銀西區(qū)銀環(huán)化學(xué)制劑廠,AR);六水合氯化鐵(FeCl3·6H2O,天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司,AR)。

1.2 炭材料的制備

將食用后的檳榔用蒸餾水洗滌三次,在60 ℃下干燥24 h 得到前驅(qū)體。將前驅(qū)體置于馬弗爐中300 ℃預(yù)氧化2 h,隨后置于真空管式爐中800 ℃炭化2 h(N2氛圍),將得到的炭材料命名為C。炭材料的活化是以KOH 作為活化劑,前驅(qū)體經(jīng)過(guò)預(yù)氧化后在不同質(zhì)量濃度的KOH 溶液(前驅(qū)體與KOH 的質(zhì)量比分別為1∶3,1∶4,1∶5,1∶6 和1∶7)中浸漬12 h,隨后烘干、高溫炭化。用濃度為1 mol/L 的鹽酸除去鉀單質(zhì)及其化合物,隨后進(jìn)行抽濾,并用蒸餾水洗滌至中性,烘干得到活化炭材料,分別命名為AC1、AC2、AC3、AC4 和AC5。經(jīng)過(guò)電化學(xué)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)AC3 的電化學(xué)性能最佳,所以后續(xù)選取AC3 與不同質(zhì)量的FeCl3·6H2O溶于12 mL 蒸餾水中(AC3 與FeCl3·6H2O 的質(zhì)量比分別為1∶0.122,1∶0.244,1∶0.366,1∶0.488,1∶0.610),先超聲分散10 min,再磁力攪拌2 h,攪拌結(jié)束后抽慮并用蒸餾水洗滌三次,進(jìn)行干燥處理,然后在馬弗爐中200 ℃進(jìn)行一步熱處理即可得到鐵摻雜炭材料,分別命名為AC3-Fe1、AC3-Fe2、AC3-Fe3、AC3-Fe4 和AC3-Fe5。

1.3 電化學(xué)性能測(cè)試

電化學(xué)測(cè)試包括循環(huán)伏安法(CV)、恒流充放電(GCD)和電化學(xué)阻抗譜(EIS),均是在6 mol/L KOH溶液中進(jìn)行。測(cè)試體系采用傳統(tǒng)的三電極法,以所制備的活性物質(zhì)為工作電極,鉑電極為對(duì)電極,飽和甘汞電極為參比電極。工作電極的制備是將活性物質(zhì)、石墨、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液(質(zhì)量比為80∶7.5∶7.5∶5)混合完全至黏糊狀,均勻涂覆在1 cm2的泡沫鎳上。將制備好的電極片移至60 ℃烘箱干燥6 h,在10 MPa 的壓力下壓制30 s,即得工作電極片。電極在不同電流密度下的比電容根據(jù)以下公式計(jì)算:

式中:C(F/g)為比電容;I(A)為放電電流;t(s)為放電時(shí)間;ΔV(V)是電位窗口;m(g)是電極上活性物質(zhì)的質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

在這項(xiàng)研究中,選用KOH 作為活化劑,KOH 活化使得炭材料在具有良好的孔徑分布和極高的比表面積的同時(shí),還兼具操作簡(jiǎn)單、方便的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)活化的過(guò)程中會(huì)在炭材料表面引入一定數(shù)量的含氧官能團(tuán)[20],由于含氧官能團(tuán)帶負(fù)電,所以可以通過(guò)浸漬的方法從FeCl3·6H2O 溶液中吸附帶有正電的Fe3+。隨后通過(guò)將混合物進(jìn)行一步簡(jiǎn)單的熱處理即可得到鐵摻雜炭材料。經(jīng)由鐵摻雜改性后的炭材料,電荷轉(zhuǎn)移阻抗減小,使得發(fā)生雙電層儲(chǔ)能的活性位點(diǎn)增多,從而獲得了更好的電化學(xué)性能。

采用SEM 探究了KOH 活化對(duì)炭材料表面形貌的影響。圖1 為檳榔經(jīng)KOH 活化前后的SEM 對(duì)比圖,從圖1(a)中可以看出未經(jīng)活化的炭材料呈現(xiàn)不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu),表面較光滑致密,幾乎不存在孔結(jié)構(gòu)。而活化后的炭材料(圖1(b))雖然呈現(xiàn)不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu),但表面有明顯刻蝕痕跡并且出現(xiàn)大量的孔結(jié)構(gòu),這可能與KOH 和C 在高溫下反應(yīng)氣體的生成以及后續(xù)處理過(guò)程中鉀單質(zhì)及其化合物的去除有關(guān)。

圖1 檳榔經(jīng)KOH 活化前后掃描電鏡圖。(a)C;(b)AC3Fig.1 SEM images of the carbon with and without activation.(a)C;(b)AC3

圖2 是AC3-Fe3 的透射電鏡圖和EDS mapping圖。AC3-Fe3 的透射電鏡圖如圖2(a)和(b)所示,可以看出AC3-Fe3 是一種連續(xù)分布的不規(guī)則結(jié)構(gòu),這種無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)可以提高材料的表面能,進(jìn)而提高電解液的浸潤(rùn)性,有助于提高其電化學(xué)性能。AC3-Fe3 的元素組成及分布如圖2(c)所示,可以看出材料中含有C、N、O、Fe 四種元素。其中C、N、O 元素是生物質(zhì)前驅(qū)體中大量的碳水化合物和蛋白質(zhì)在炭化過(guò)程中殘留下來(lái)的。三種元素在材料中的分布基本一致。Fe 元素主要是炭材料在FeCl3·6H2O 溶液中浸漬時(shí)吸附的Fe3+,在后續(xù)熱處理中原位反應(yīng)生成了鐵的氧化物。Fe 元素在材料中的分布十分均勻,這可能與O 和N 元素的均勻分布有關(guān)。因?yàn)镺 和N 元素所組成的官能團(tuán)帶負(fù)電,可以對(duì)Fe3+進(jìn)行靜電吸附,故Fe 元素的分布應(yīng)當(dāng)與O 和N 元素的分布一致。隨后利用XPS 分析AC3-Fe3 的表面元素組成和價(jià)態(tài),其結(jié)果如圖3 所示。C 1s XPS 光譜范圍為280～292 eV,存在兩個(gè)特征峰,分別位于284.8 eV 和286.3 eV,如圖3(a),N 1s的特征峰分別為398.2,400.1 和400.6 eV,如圖3(b),而O 1s 的特征峰分別為532.9 eV 和533.5 eV,如圖3(c)。如圖3(d)所示,Fe 2p 由雙自旋軌道組分組成,其結(jié)合能分別為711.4 eV 和725.9 eV,分別與Fe 2p3/2和Fe 2p1/2相對(duì)應(yīng),說(shuō)明Fe 元素以Fe3+的形式存在[21],這表示Fe3+被成功地引入材料中。

圖2 AC3-Fe3 的(a,b) 透射電鏡圖和(c) EDS mappingFig.2 (a,b)Transmission electron microscopy images and (c) EDS mapping of AC3-Fe3

圖3 AC3-Fe3 的高分辨率XPS 光譜。(a) C 1s;(b) N 1s;(c) O 1s;(d) Fe 2pFig.3 High-resolution XPS spectra of AC3-Fe3.(a) C 1s;(b) N 1s;(c) O 1s;(d) Fe 2p

為了進(jìn)一步研究所制備的炭材料的比表面積和孔徑分布,對(duì)KOH 活化前后的樣品進(jìn)行了N2吸脫附等溫線以及孔徑分布的測(cè)試。從圖4(a)中不難看出,不經(jīng)活化的炭材料基本不存在孔結(jié)構(gòu),比表面積非常低,這與SEM 圖的結(jié)果一致。而活化后炭材料的吸脫附曲線在低壓端有較高的吸收值,曲線呈I 型且存在小的H4 回滯環(huán),說(shuō)明材料含有大量微孔和介孔。孔徑分布如圖4(b)所示,也可進(jìn)一步看出,相較于活化前的材料,活化后在微孔區(qū)和介孔區(qū)有較高的孔隙,孔徑分布集中在0～8 nm。高的孔隙率使得比表面積顯著提升,從87.9 m2/g 上升到1581.4 m2/g。其高比表面積和孔隙率來(lái)源于KOH 的活化造孔作用。具體的作用機(jī)理是在反應(yīng)溫度為400 ℃左右時(shí),C 原子被氧化為CO32-,隨后反應(yīng)溫度上升到700 ℃時(shí),CO32-分解生成CO2,CO2進(jìn)一步與C 反應(yīng)生成CO,氣體的生成進(jìn)一步促進(jìn)了孔隙的發(fā)展,使得炭材料形成了更多的孔結(jié)構(gòu)。另外,在后續(xù)酸洗過(guò)程中K 單質(zhì)及其化合物的去除使得在被刻蝕位置出現(xiàn)孔洞[22]。所以KOH 改性使得炭材料的微孔和介孔數(shù)量增多。

圖4 檳榔經(jīng)KOH 改性前后的(a)N2 吸脫附曲線及(b)孔徑分布圖Fig.4 (a)Nitrogen adsorption desorption curves and (b)pore diameter distribution of areca before and after modification by KOH

采用傳統(tǒng)的三電極法,在6 mol/L KOH 溶液中,測(cè)試了C、AC1、AC2、AC3、AC4 和AC5 的電化學(xué)性能,測(cè)試結(jié)果如圖5 所示。從圖5(a)可以看出,所有曲線都呈類矩形,沒(méi)有明顯的氧化還原峰,說(shuō)明所制備的炭材料具有理想的雙電層行為,幾乎沒(méi)有贗電容。從CV 曲線包圍的面積來(lái)看,所有經(jīng)過(guò)KOH 活化的樣品包圍的面積均大于未經(jīng)過(guò)KOH 活化的樣品,說(shuō)明KOH 活化提高了比電容。這是因?yàn)樘坎牧蠈儆陔p電層儲(chǔ)能機(jī)理,其比電容與比表面積高度相關(guān),KOH 和炭材料在高溫下會(huì)發(fā)生反應(yīng),使得KOH 具有造孔的作用,提高了炭材料的比表面積,進(jìn)而提高其比電容。同時(shí)可以看到AC3 具有最高的比電容。為了更好地探究其電化學(xué)性能,對(duì)AC3 樣品進(jìn)行了GCD 測(cè)試,如圖5(b)所示,通過(guò)公式(1)可以計(jì)算出C、AC1、AC2、AC3、AC4 和AC5 在1 A/g 的電流密度下比電容分別為93,204.7,257.5,299.8,212.6 和196.6 F/g。與CV 曲線的結(jié)果一致。圖5(c)是樣品交流阻抗圖,交流阻抗圖由高頻區(qū)半圓和低頻區(qū)傾斜直線組成,說(shuō)明電極過(guò)程是由電荷傳遞和擴(kuò)散過(guò)程共同控制。半圓與電極中電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程有關(guān),低頻區(qū)的譜線斜率歸因于電解質(zhì)離子在電極材料中的擴(kuò)散[23-24]。不難看出,經(jīng)過(guò)KOH 活化后的樣品圓弧半徑減小,且直線斜率變大,說(shuō)明KOH 活化過(guò)程提高了炭材料的電荷轉(zhuǎn)移速度,減小了擴(kuò)散阻抗。這可能是因?yàn)榭捉Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化為電解質(zhì)離子快速傳輸提供了路徑,使得電解質(zhì)離子可以快速轉(zhuǎn)移[25]。電荷轉(zhuǎn)移阻抗、擴(kuò)散阻抗的改善以及比表面積的提高,增大了電解質(zhì)與電極的有效接觸面積,使得炭材料的電化學(xué)性能得到明顯的改善。C、AC1、AC2、AC3、AC4 和AC5 的容量保持率如圖5(d)所示?？梢灾庇^地看出KOH 活化對(duì)比電容的提升作用,但是其對(duì)容量保持率的影響很小。

圖5 在6 mol/L KOH 溶液中C、AC1、AC2、AC3、AC4 和AC5 的電化學(xué)性能圖。(a) 掃描速率為50 mV/s 時(shí)的CV 曲線;(b) 電流密度為1 A/g 時(shí)的GCD 曲線;(c) 交流阻抗譜;(d) 倍率性能圖Fig.5 Electrochemical characteristics of C,AC1,AC2,AC3,AC4,AC5 in 6 mol/L KOH aqueous electrolyte.(a) CV curves at a scanning rate of 50 mV/s;(b) GCD curves under a current density of 1 A/g;(c) Nyquist plots;(d) Capacitance retention

為了探究鐵元素對(duì)電化學(xué)性能的影響,將AC3 浸漬在不同質(zhì)量濃度的FeCl3·6H2O 溶液中,制備出AC3-Fe1、AC3-Fe2、AC3-Fe3、AC3-Fe4 和AC3-Fe5,對(duì)它們進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試,其結(jié)果如圖6 所示。從圖6(a)可以看出,所有曲線仍然呈類矩形,說(shuō)明其具有快速離子擴(kuò)散的雙電層行為。從圖6(b)可以計(jì)算出各個(gè)樣品的比電容。AC3-Fe1、AC3-Fe2、AC3-Fe3、AC3-Fe4 和AC3-Fe5 在1 A/g 的電流密度下比電容分別為308.4,335.5,351.6,202.1 和195.7 F/g。可以看到AC3-Fe3 具有最高的比電容,這說(shuō)明當(dāng)AC3 與FeCl3·6H2O 以質(zhì)量比1∶0.366 共混時(shí),改性效果最好。AC3-Fe1、AC3-Fe2、AC3-Fe3、AC3-Fe4 和AC3-Fe5 的交流阻抗譜如圖6(c)所示。AC3-Fe1、AC3-Fe2、AC3-Fe3、AC3-Fe4 和AC3-Fe5 的容量保持率如圖6(d)所示。從中可以直觀地看出AC3-Fe3 具有最高的比容量,但當(dāng)電流密度從0.5 A/g 增加至5 A/g 時(shí)其容量保持率為57.2%,在大電流密度下的容量保持率較差。

圖6 AC3-Fe1、AC3-Fe2、AC3-Fe3、AC3-Fe4 和AC3-Fe5 在6 mol/L KOH 電解液中的電化學(xué)性能。(a) 20 mV/s 時(shí)的CV 曲線;(b) 1 A/g 時(shí)的GCD 曲線;(c)交流阻抗譜;(d)倍率性能Fig.6 Electrochemical performance of AC3-Fe1,AC3-Fe2,AC3-Fe3,AC3-Fe4,and AC3-Fe5 in 6 mol/L KOH aqueous electrolyte.(a) CV curves at 20 mV/s;(b) GCD curves at 1 A/g;(c) Nyquist plots;(d)Capacitance retention

鐵元素的摻入極大地提高了電極材料的電化學(xué)性能。從圖7(a)可以看出,兩條CV 曲線都具有理想的雙電層行為,且AC3-Fe3 的比電容比AC3 的高。GCD 曲線如圖7(b)所示,兩條曲線幾乎是近似的對(duì)稱三角形,AC3 和AC3-Fe3 在1 A/g 的電流密度下比電容分別為299.8 和351.6 F/g。炭材料進(jìn)行鐵摻雜以后,極大地提升了其比電容。電化學(xué)阻抗譜如圖7(c)所示。可以看出AC3-Fe3 的電荷轉(zhuǎn)移阻抗減小,說(shuō)明鐵摻雜改性過(guò)程提高了炭材料的電荷轉(zhuǎn)移速度。由于電荷轉(zhuǎn)移阻抗減小,使得利用雙電層機(jī)理進(jìn)行儲(chǔ)能的活性位點(diǎn)增多,從而有效地提高了電化學(xué)性能。AC3和AC3-Fe3 的電容保持性能如圖7(d)所示,可以看出,AC3-Fe3 的比電容在一定程度上變差,這可能與鐵摻雜過(guò)后炭材料的擴(kuò)散阻抗增大有關(guān)。AC3-Fe3 的循環(huán)性能如圖7(e)所示,可以很明顯看出所制備的炭材料雖然比電容很高,但是其循環(huán)性能較差,在5 A/g 的電流密度下經(jīng)過(guò)10000 圈循環(huán)測(cè)試以后,容量保持率僅為56.21%。其在循環(huán)過(guò)程中容量的衰減過(guò)程如圖7(f)所示,AC3-Fe3 的比電容最初為275.4 F/g 但經(jīng)過(guò)10000 圈循環(huán)測(cè)試后衰減為154.8 F/g,可以看出其容量衰減速度較快,所以在循環(huán)性能方面還有較大的改善空間。

圖7 AC3 和AC3-Fe3 的電化學(xué)性能圖。(a)掃描速率為50 mV/s 時(shí)的CV 曲線;(b)電流密度為1 A/g 時(shí)的GCD 曲線;(c)交流阻抗譜;(d)倍率性能圖;(e) 在5 A/g 電流密度下AC3-Fe3 的循環(huán)壽命圖;(f) 在5 A/g 電流密度下AC3-Fe3 的容量衰減圖Fig.7 Electrochemical performance of AC3 and AC3-Fe3.(a) CV curves at a scanning rate of 50 mV/s;(b) GCD curves at a current density of 1 A/g;(c) Nyquist plots;(d) Capacitance retention;(e) The cycle life diagram of AC3-Fe3 at a current density of 5 A/g;(f) Capacity decay diagram of AC3-Fe3 at a current density of 5 A/g

3 結(jié)論

以檳榔作為前驅(qū)體,通過(guò)高溫?zé)崽幚怼OH 活化以及鐵摻雜過(guò)程,制備了電化學(xué)性能良好的鐵摻雜炭材料。經(jīng)過(guò)KOH 活化后的炭材料,比表面積和孔隙率顯著提高,使得電化學(xué)性能得到明顯改善,在1 A/g電流密度下比電容由未活化的93 F/g 上升到299.8 F/g。透射電鏡能譜分析的表征結(jié)果表明,鐵元素被成功引入炭材料,并且鐵元素在炭材料內(nèi)部均勻分布。X射線光電子能譜分析的表征結(jié)果進(jìn)一步證明鐵元素的成功引入,并且鐵元素以鐵離子的形式存在。經(jīng)過(guò)鐵摻雜的炭材料,由于電荷轉(zhuǎn)移阻抗減小,使得利用雙電層儲(chǔ)能機(jī)理進(jìn)行儲(chǔ)能的活性位點(diǎn)增多,在相同的電流密度下比電容可進(jìn)一步提升至351.6 F/g,說(shuō)明鐵摻雜可以進(jìn)一步提高炭材料的電化學(xué)性能。