活性炭在电池和电能贮存方面的应用历史悠久,早在19世纪初(1802年),碳材料就成为电池的电极材料,1930年活性炭电极电池就已制作完成,活性炭电极被应用于双电层电容器、活性炭-空气电池、锂离子二次电池等。
双电层电容器电极 双电层电容器电极具有体积小、质量轻、单位质量(或体积)能量密度大、充电快、无污染等优越性能,在电力、汽车、铁路、通讯等领域具有巨大发展潜力。活性炭具有比表面积和比电容大、孔径分布窄、化学稳定性和导电性好等优点,是制备双电层电容器电极的最佳材料。作双电层电容器的电极材料时,活性炭的中孔和孔径较大的微孔才是形成双电层作用的主要部分,所以有必要采取合适的工艺来调控高比表面积活性炭的孔结构,使其孔径分布主要集中在直径较小的中孔和直径较大的微孔范围内,以形成更大的双电层。
空气-锌电池 空气-锌电池的负极用锌,正极用空气中的氧气。活性炭作为空气电池的正极材料,负责将空气吸取到电池体系内。在活性炭上添加二氧化锰、铅、银等催化剂,可以促进氧气的活化与扩散,提高电池的能量密度,并长期保持高的电压。该类活性炭要求导电性好、比表面积大、填充密度高、孔径分布集中,化学稳定性好。
锂离子电池 锂离子电池通过使用活性炭作为负极材料,代替充电反应方面还存在问题的金属锂负极,保留了一次锂电池能量密度大、电压高的优点,同时极大的提高了循环使用寿命和安全性能,形成了性能优良的二次锂电池。通过调控高比表面积活性炭(>3 000 m2/g)的孔径分布,提高对锂离子的表面吸附性能,从而获得很高的能量密度,并且大大提高充放电速率,有望开发出更高能量密度的锂离子电池。