球形活性炭与球形石墨材料在非对称电容器中的应用

以中间相碳微球为前驱体,采用化学活化法制备了中间相碳微球基活性炭(AC),再以AC为正极,石墨化的中间相碳微球(MCMB)为负极,1mol/L LiPF6/DMC+EC(DMC:EC=1:1)为电解液,组装成非对称电容器AC/MC-MB。研究了AC和MCBC的晶体结构与微观形貌、以及所制AC/MCMB的电化学性能。结果表明:AC/MCMB的工作电压上限可达4V,相对于传统对称电容器AC/AC(～2.5V)有显著提高。在500mA/g的电流密度下,AC/MCMB的能量密度为AC/AC的7.28倍。     

微扩层鳞片石墨负极材料的制备及电化学性能研究

研究了微扩层鳞片石墨的制备工艺、晶体结构、表面形貌以及电化学行为之间的关系。采用XRD和SEM等手段分析了石墨样品的结构和表面形貌; 采用比表面积分析仪、振实密度仪分别测试了样品的BET比表面积和振实密度等指标; 并应用恒电流充放电测试、循环伏安技术和电化学阻抗法(EIS)研究了微扩层处理前后石墨负极的电化学行为。结果表明, 经微扩层处理后, 石墨的平均层间距d₀₀₂略微增大, 平均晶粒尺寸Lc、La减小, 颗粒的表面更光滑。微扩层石墨的首次库伦效率从91.6%提高至92.7%, 可逆容量由345.5 mAh/g提高至379.8 mAh/g。且其循环性能与倍率放电性能均得到有效改善, 同时石墨的嵌锂电位略有提高, 锂离子从石墨中脱出更容易, 电化学可逆性提高。分析是由于微扩层后石墨负极材料脱嵌锂反应的活化能降低所致。     

苯甲酸钠改性石墨作为锂离子电池负极材料的性能

将不同浓度的苯甲酸钠改性的石墨电极作为锂离子电池的负极备用材料,并使用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等电化学方法表征电池的性能.结果表明,与初始的石墨电极相比,被改性后的石墨电极表现出更好的循环效率和稳定性,且在0.5C条件下,首次的充放电比容量分别为293.9mAh/g和326.4 mAh/g.主要原因是改性后的石墨电极的表面形成的SEI膜能有效抑制石墨材料的膨胀,并且更有利于锂离子的迁移.同时,采用量子化学方法计算了溶剂分子和苯甲酸钠的最低空轨道和最高占据轨道能量值.结合电化学表征和量子计算结果,苯甲酸钠改性石墨电极的最佳浓度为1.0％.此外,还研究了最佳浓度改性石墨电极的高温性能.     

高导电聚苯胺/纳米石墨微片复合材料的结构与性能

以天然可膨胀石墨(GN)为原材料,采用酸及快速热处理制备了膨胀石墨(EG),再将膨胀石墨置于超声波中制得了纳米石墨微片(NanoG),最后采用原位聚合法制备了聚苯胺/纳米石墨微片(PANI/NanoG)导电复合物。扫描电镜(SEM)显示纳米石墨微片长径为0.8μm～20μm,厚度为30nm～90nm。聚苯胺均匀覆盖在纳米石墨微片表面;透射电镜(TEM)揭示了纳米石墨微片的片层分散在复合物中并形成了导电网络;电性能测试表明,当纳米石墨微片含量为0.5%(质量分数,下同)时,复合物电导率达到107.3S/cm,其渗滤阈值达到0.1%,纳米石墨微片独特的结构(宽度/厚度的高比值)及在聚苯胺中的分散造就了复合物良好的导电性能。     

微氧化处理对球形石墨结构及电化学行为的影响

研究了微氧化处理对球形石墨的晶体结构、表面形貌和电化学行为的影响. 采用XRD、Raman光谱和SEM等手段分析了样品的结构和形貌, 并采用恒电流充放电测试、粉末微电极技术和慢速扫描循环伏安法(SSCV)研究了微氧化前后石墨负极的电化学行为. 结果表明, 微氧化后石墨颗粒中的结构缺陷增多, 近表面区域的无序度增大, 面内平均晶粒尺寸L_a减小, 且菱形相含量降低, 石墨呈不规则的鳞片状, 部分层面的边缘有卷曲与刻蚀现象. 微氧化后石墨负极的第三次脱锂容量从345.5 mAh/g增加至381.4 mAh/g, 且其循环性能得到有效改善. 同时, 微氧化后锂离子较容易从石墨中脱出, 脱锂过程中一阶Li-GICs(lithium-graphite intercalation compounds, 简称Li-GICs)向二阶Li-GICs的阶转变可在较低的电位下发生.     

Pt-Co/膨胀石墨的制备及其电催化性能

采用还原法制备Pt/膨胀石墨和Pt-Co/膨胀石墨催化剂,用扫描电镜观察了改性后的膨胀石墨,用能谱和X射线衍射仪确定膨胀石墨的表面成分及结构。用循环伏安法研究了Pt/膨胀石墨和Pt-Co/膨胀石墨电极对甲醇的电催化性能,并探讨了Pt-Co/膨胀石墨电极对甲醇随温度变化的电催化特性。结果表明,Pt-Co颗粒均匀地存在于膨胀石墨电极表面及其孔隙中,Co元素的添加提升了Pt/膨胀石墨电极的催化活性和抗毒化能力。Pt-Co/膨胀石墨电极随温度升高,电极对甲醇催化性能逐步增强,45℃时催化活性最佳,55℃时催化性能衰减严重。     

碳纳米管/微膨石墨复合负极材料的制备及电化学性能研究

通过对两种天然鳞片石墨进行微膨胀处理得到微膨石墨,然后以微膨石墨为基体采用化学气相沉积(CVD)法于微膨石墨的孔洞结构中原位生长碳纳米管,制备了碳纳米管/微膨石墨复合负极材料.电化学测试结果表明两种复合材料分别具有443和477 mAh/g的首次可逆容量.两种复合材料在0.2C倍率下循环充放电30次后容量均能保持95%以上;在1C下循环充放电50次后,可逆容量分别稳定在259和195 mAh/g.微膨胀处理形成的微纳米级孔洞以及原位碳纳米管的网络结构,提供了更多的储锂空间,并能够有效地缓冲电极材料在充放电时的体积变化;电解质溶液浸润在纳米孔洞中,有利于缩短锂离子的扩散路径,提高倍率循环性能;同时原位生长的类似常春藤形的碳纳米管可以起到桥梁的作用,避免"孤岛"的形成,增强了复合材料的导电性能.     

毛细管破裂法制备中间相炭微球及其电化学性能（英文）

基于沥青在熔融纺丝过程中的滴落行为和流变学理论，提出了一种新型高效的中间相炭微球(MCMB)制备方法—毛细管破裂法(DCB法)。本实验以中间相沥青为原料，采用DCB法考察了不同接收相(水或THF)对MCMB制备的影响规律，并系统研究了相应MCMB微观结构的演变规律。在此基础上，所制MCMB经750℃的KOH活化制备了A-MCMB，以及经2 800℃的石墨化制备了G-MCMB，并分别探究了它们作为超级电容器(EDLC)和锂离子电池(LIB)电极材料的电化学性能。结果表明：采用DCB方法所制备的水接收相的MCMB-W和THF接收相的MCMBT均呈现尺寸约1～2μm的球形结构特征。此外，A-MCMB-T具有高比表面积1 391 m² g^-1、微孔体积0.55 cm³ g^-1和中孔体积0.24 cm³ g^-1，作为EDLC的电极材料时，其比电容比MP衍生的炭材料提高了30%，且电容保持率也显著提升。同时，G-MCMB-T具有较高的石墨化度0.895和有序的层状结构...     

石蜡/膨胀石墨复合相变储热材材料的性能研究

以石蜡为相变材料、膨胀石墨为支撑结构,利用膨胀石墨的多孔吸附特性,制备出了石蜡含量90%(质量分数)的石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料.采用扫描电镜(SEM)、偏光显微镜(PM)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对复合相变储热材料的结构和性能进行了表征.结果表明,膨胀石墨吸附石蜡后仍然保持了原来疏松多孔的蠕虫状形态,石蜡被膨胀石墨微孔所吸附,在石蜡质量含量为90%时仍保持定型特性;复合相变储热材料没有形成新物质,其相变温度与石蜡相似,相变焓与基于复合材料中石蜡含量的相变焓计算值相当.     

纳米复合材料──石墨层间化合物(GICs)的电化学合成研究

本文调研了纳米复合材料─GICs(石墨层间化合物)的电化学法合成GICs的各种研究方法及利用水溶液进行电化学插层的可行性等.分析了GICs的性能,并阐明了当前可膨胀石墨的电化学法生产中存在的问题及可能的解决措施.