神华烟煤活化制备电化学电容器电极材料的研究

以神华烟煤为前驱体,KOH为活化剂制备高比表面积活性炭。采用N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔结构进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性。在碱炭比为4:1,800℃活化1 h的条件下制备的活性炭比表面积达3 134.28 m~2·g~(-1),总孔容1.96 cm~3·g~(-1),中孔率87.94%。该活性炭在3 mol/L KOH水溶液及1 mol/L(C_2H_5)_4NBF_4/碳酸丙烯酯(Propylene carbonate PC)电解液中均具有高的比电容(分别为281 F·g~(-1),155 F·g~(-1))和低的等效串联内阻。     

NaOH活化法中碱炭比对孔结构和电化学性能的影响

采用沥青焦为原料,以NaOH化学活化法制备出不同碱炭比(R)系列活性炭.用氮气吸附和脱附等温线计算出BET比表面积、DFT孔径分布及孔容,并且通过直流循环充放电、循环伏安等表征方法研究了其电化学性能.实验结果表明,R值对活性炭的BET比表面积、DFT孔径分布及孔容有良好的调控作用:当R=5时,其最大BET比表面积为1089m2/g,孔容达0.53cm3/g,当R=3时,其孔径分布在1.0-2.0nm百分比达36.2%;其直流循环充放电曲线较好,循环伏安曲线也近似矩形,表明具有良好双电子层电容器电极材料特性,在3mol/L的KOH电解液体系中,最大质量比电容、体积比电容、单位面积比电容分别达202F/g、143F/cm3、32.9μF/cm2;在1mol/L(C2H5)4NBF4/Propylene Carbonate(PC)电解液体系中,最大质量比电容、体积比电容、单位面积比电容分别达149F/g、107.3F/cm3、20μF/cm2.对KOH和(C2H5)4NBF4/PC电解质吸附的最佳孔径分别为1.3nm,1.5nm左右.     

聚苯乙烯基球形活性炭的制备及其对二苯并噻吩的吸附性能

通过水蒸气活化法制备了聚苯乙烯基球形活性炭,并研究了其对二苯并噻吩(DBT)的吸附性能.采用扫描电镜(SEM)、N2吸附、热重分析(TG)以及液相吸附试验考察了球形活性炭的结构特征.结果表明:以苯乙烯离子交换树脂为原料,通过水蒸气活化法,可以得到比表面积979m2/g～1672m2/g的球形活性炭.其中,BET比表面积和孔容随活化时间和水蒸气流量的增加而增大,而孔径小于0.7 nm的窄微孔却减小.球形活性炭对DBT的吸附量可达109.36mg/g,吸附量与比表面积和总孔容关系不大,而与小于0.7nm的窄微孔成正比.球形活性炭在对DBT的吸附过程中存在不可逆吸附.球形活性炭所含窄微孔的孔容越大,脱附所需要的温度越高,不可逆吸附量越大.     

甲烷在高比表面活性炭上脱附行为的研究

用以石油焦为原料、ＫＯＨ为活化剂制得的高比表面积活性炭作为吸附剂,研究了甲烷在这种吸附剂上的脱附行为,探讨了活性炭的ＢＥＴ比表面积和孔结构与甲烷脱附性能的关系以及脱附温度和脱附时间对甲烷脱附行为的影响。结果发现：在这种高比表面积活性炭上,甲烷存在着明显的不可逆吸附;活性炭的比表面积和孔结构对甲烷的脱附性能有一定影响,并且随着脱附温度的升高和脱附时间的延长,脱附量逐渐增多     

中间相沥青基泡沫炭的制备、结构及性能

以萘系中间相沥青为原料,考察了发泡条件、炭化和石墨化工艺对所制泡沫炭结构和性能的影响.结合粘温曲线、TG-DTG热重曲线以及不同发泡条件下泡沫炭的表面形貌分析,其最佳发泡条件为:发泡温度600℃,升温速率5℃/min,发泡压力5MPa.石墨化升温速率越低越有利于泡沫炭石墨微晶的生长及压缩强度的提高,其中以5℃/min升温至2800℃并恒温30min所制泡沫炭的压缩强度达1.38MPa.     

双电层电容器用中孔炭微球/活性炭复合电极的制备

采用水热法合成比表面积1850m2/g、粒径lμm的中孔炭微球(MCM);而后将所制MCM加入比表面积为3200m2/g的超级活性炭(HSAC)中制成用于双电层电容器的复合电极材料,并研究了该复合电极材料的电化学性能.结果表明:在比表面积为3200m2/g的HSAC中添加质量分数20%的MCM后,其颗粒接触内阻、离子扩散内阻明显降低;在6mol/L的KOH电解液体系中,在12A/g的电流密度下,其比电容仍能稳定在230F/g.而在同样的条件下,纯HSAC和纯MCM的比电容仅分别为190F/g和148F/g.复合电极在大电流下电化学性能的提高应归因于MCM合适的粒径、中孔结构及其较高的比表面积.     

微波辐照液相法合成石墨烯

以天然鳞片石墨为原料, 采用Hummers法先制备出石墨氧化物, 再采用微波辐照法在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中合成出石墨烯. 微波辐照选择性地加热NMP溶剂, 同时石墨氧化物因其含氧官能团分解成CO、CO₂、H₂O气体而得以剥离和还原. 通过XRD、SEM、EDS、TEM、HRTEM、SAED、XPS和Raman测试手段对所合成的石墨烯进行了表征. 结果表明, 所合成的石墨烯尺寸为几微米, 呈透明绢丝状结构, 每个石墨烯片含有2~5层石墨层; 所合成的石墨烯可以均匀地分散在NMP溶剂中.     

沥青球在流化床反应器中氧化不熔化及后续炭化行为的研究

用流化床反应器对沥青球进行了氧化不熔化处理,考察了不同温度下沥青球的氧化行为及其后续炭化行为。采用热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、元素分析仪及扫描显微镜对氧化沥青球和炭化球进行了表征。结果表明:流化床反应器强化了沥青球氧化不熔化的传热和传质过程,在0.21 m/s的临界流态化气速下,以0.5℃/min快速升温至300℃进行沥青球的不熔化处理,得到具有良好表面形貌和球形度的氧化沥青球及其炭化球,极大改善了沥青球制备过程中氧化不熔化的耗时、耗能问题。     

分级多孔炭的制备及其电化学性能研究

以间苯二酚和甲醛为前驱体,原位合成的Mg(OH)2为模板剂,KOH作为催化剂、沉淀剂、活化剂,一步法合成具有小/中/大孔的分级多孔炭。使用扫描电镜、透射电镜、氮气吸附、X射线衍射对样品的结构进行表征。通过恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗谱,测试样品在1mol/L的(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯(Propylene carbonatePC)电解液中的电化学性能。结果表明,随着KOH对间苯二酚用量的增加,材料的比表面积和孔容先增大后减小,其最大值分别为1300m2/g和0.89cm3/g。该材料具有良好的容量性能和功率性能,在电流密度0.1A/g时,最高质量比电容可以达到116F/g;当电流密度增大到5A/g时,电容保持率为78%。     

以Fe2O3为原料通过水热–高温煅烧法合成LiFePO4/C纳米复合材料及其电化学性能研究（英文）

采用三氧化二铁(Fe2O3)为铁源,抗坏血酸作碳源,通过在200℃下水热反应并经煅烧后合成出LiFePO4/C纳米复合材料.抗坏血酸在水热反应体系中不但作为最终反应产物的碳源,而且还起到了限制LiFePO4颗粒生长的作用.抗坏血酸的用量对产物的形貌、结构、碳含量有重要影响,进而影响产物的电化学性能.当抗坏血酸用量为1 g时,制得的LiFePO4/C纳米复合材料的粒径在220～280 nm.该材料用作锂离子电池的正极材料时,在0.1C的电流密度下循环500次后其放电容量仍保持159 mAh/g,并且具有较好的倍率性能.