酚醛基碳气凝胶的常压制备及电化学应用

本研究利用线性酚醛树脂体系,以溶胶-凝胶法在常压条件下制得有机气凝胶,并进一步碳化制备出碳气凝胶.研究发现,该碳气凝胶经过KOH活化后,具有微/介/大孔的分级孔结构,且比表面高达2091.87 m2·g-1.对材料进行电化学性能研究发现,其在1 A·g-1电流密度下,比电容为282.3 F·g-1.在600 W·kg-1功率密度下,能量密度为7.4 Wh·kg-1.在2.5 A·g-1电流密度下进行5000次充放电循环后,电容保持率为95％.     

香蒲活性炭用于锂硫电池正极材料

通过香蒲绒的热解和KOH活化制备香蒲活性炭。香蒲活性炭的BET比表面积和孔容积分别为1 913. 7 m~2/g和0. 893 cm~3/g,主要为孔径约2 nm的微、介孔。当其用于锂硫电池正极时,碳基质的微介孔可以高度分散和负载非导电性硫,并有效持硫、抑制多硫化物的扩散;同时孔壁可以较快地进行电子输运。因此硫/香蒲活性炭复合材料具有较好的循环性能和倍率容量,0. 12C下首次放电容量可达1 150. 1 m Ah/g,100次循环后比容量为663. 3 m Ah/g。不同倍率测试表明,复合电极均具有较好的循环稳定性,1C下可逆容量约600 m Ah/g。     

高性能超级电容器用高比表面积、层次孔结构炭材料的简便制备(英文)

采用NaOH一步炭化-活化聚偏二氯乙烯(PVDC)简便制备出高比表面积、层次孔结构炭材料。该炭材料具有发达的微孔-中孔-大孔的层次孔结构,其比表面达到2 815 m·2g-1。独特的微结构使其在无机和有机电解液中都表现出高的比电容和优异的大电流性能。其在6 mol·L-1KOH电解液中以0.05 A·g-1电流充放电测得的比电容高达376F·g-1,电流密度增大到50A·g-1比电容还保持215 F·g-1。在有机电解液1 mol·L-1Et4NBF4/AN中的比电容也达到170 F·g-1(电流密度0.05 A.g-1),电流密度增大到20A·g-1比容量还保持124F·g-1。     

活化剂对焦煤基多孔碳制备的影响及其在锂硫电池中的应用

煤炭作为一种来源广泛的非金属矿物,是制备大量多孔碳的理想原料。本文以1/3焦煤为原料,NaOH和KOH为活化剂,制备了多孔碳,并研究了硫/多孔碳复合正极材料的电化学性能。结果表明:采用NaOH和KOH单独活化时制备的多孔碳比表面积很大,分别为1 649 m2/g和1 867 m2/g,而采用NaOH和KOH混合活化制备的多孔碳比表面积大幅度下降,当NaOH与KOH质量比为1:1活化时多孔碳的比表面积最小,为290 m2/g。电化学测试表明,NaOH与KOH质量比为1:1混合活化的硫/多孔碳正极材料的电性能优于NaOH和KOH单独活化的硫/多孔碳正极材料,0.2 C下首次放电比容量为790 mA·h/g,库仑效率为93.16%,100次循环后放电比容量为740 mA·h/g。还分析讨论了煤基多孔碳孔径分布对电化学性能的影响。      

3-氨基三乙氧基硅烷偶联剂修饰Si基高性能锂离子电池负极材料

为了提高硅碳复合材料中硅的使用效率,使用3-氨基三乙氧基硅烷偶联剂(3-APTS)对硅纳米颗粒进行表面修饰,制备了3-APTS-Si@C/G复合材料。采用SEM、TEM、FT-IR、TGA、Raman等对材料微观形貌、结构及组分进行表征。结果表明,3-APTS对硅纳米颗粒有良好的分散作用,没有发现明显的硅颗粒团聚现象。3-APTS-Si@C/G复合材料呈现yolk-shell结构,其作为锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。在100 m A·g~(-1)的电流密度下,首次可逆容量为1 699 m Ah·g~(-1),50次循环后可逆容量为913 m Ah·g~(-1),35次循环后容量保持率为99.6%,明显高于Si@C/G复合材料(首次可逆比容量为652.9 m Ah·g~(-1),50次循环之后可逆比容量为541 m Ah·g~(-1))。当电流密度达到1 500 m A·g~(-1)时,其可逆容量可达到480 m Ah·g~(-1)。     

用废弃印刷线路板非金属组分分离物制备多孔炭(英文)

以FR-3型废旧印刷线路板非金属分离物为前躯体,经热解、物理活化/化学活化制备活性炭。研究了热解温度对残碳收率的影响,活化反应条件对活性炭烧蚀率、孔结构的影响。结果表明,随着热解温度的提高残碳收率下降。以600℃热解的残碳为原料,加入煤焦油沥青做粘结剂,经成型、破碎,800℃炭化,再经水蒸气850℃活化3 h,可制得比表面积为1 019 m2·g-1、孔容为1.1 cm3.g-1的粒状活性炭;而以600℃热解的残炭为原料,加入KOH,在900℃活化2 h,可制得比表面积为3 112 m2.g-1、孔容为1.13 cm3·g-1的粉状活性炭。     

纳米LiFePO4/C复合材料的制备和性能

以Fe(NO3)3·9H2O、H3PO4和稀氨水为原料,用控制结晶法制备FePO4·x H2O,研究了表面活性剂CTAB和PEG对FePO4·x H2O材料的影响。再以Li2CO3、蔗糖和高温烧结后的FePO4为原料用碳热还原法制备了纳米LiFePO4/C复合材料。用SEM、XRD、充放电测试、循环伏安测试等手段对该复合材料进行表征,研究其电化学性能。结果表明:添加表面活性剂制备的LiFePO4/C复合材料纳米颗粒呈球形且团聚减少,提高了材料的倍率性能和循环性能,其中添加CTAB制备的LiFePO4/C材料的颗粒最小、分散性较好,0.1C时的首次放电比容量为159.8 m Ah·g-1,10C倍率下比容量仍达到132.4 m Ah·g-1。     

KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭

以一种各向同性沥青为原料,通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青,而后直接用KOH活化获得活性炭.考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响,研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能.结果表明:两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃,所得活性炭的比表面积分别为1337m2·g-1和1300m2·g-1.以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F·g-1和255.6F·g-1.循环伏安测试表明:较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状.     

Fe/N共掺杂生物质活性炭提升氧化还原性能北大核心CSCD

以梧桐木屑为原料,采用湿混法与一定量KOH搅拌并干燥,在氮气氛围下高温活化制备生物质活性炭。选取工艺优化后的活性炭掺杂铁氮元素,二次高温煅烧后形成Fe-N-C型非贵重金属催化剂。得出木屑生物质活性炭在活化温度为800℃,碱料比1∶3下比表面积为2051.8 m2·g-1,总孔容为1.23 cm3·g-1;通过进一步掺杂铁氮元素获得的催化剂材料拥有良好的ORR(氧还原反应)活性(初始电位-0.03 V、半波电位-0.10 V和极限电流4.2 mA/cm2)、耐甲醇性和稳定性,可以在能源领域中被广泛的应用。     

KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭（英文）

以一种各向同性沥青为原料,通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青,而后直接用KOH活化获得活性炭。考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响,研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能。结果表明:两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃,所得活性炭的比表面积分别为1337m2·g-1和1300m2·g-1。以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F·g-1和255.6F·g-1。循环伏安测试表明:较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状。     

TMCS/HMDSO混合改性剂对常压制备SiO2气凝胶的影响

以TEOS为硅源,TMCS/HMDSO为混合表面改性剂,采用酸碱两步催化溶胶-凝胶法和常压干燥法制备疏水性SiO2气凝胶,并借助BET、SEM、FT-IR等测试手段对样品进行表征。结果表明:TMCS/HMDSO混合改性剂的改性效果优于单一改性剂,当TMCS体积分数为混合表面改性剂的60%,改性温度为60℃时,制备的SiO2气凝胶具有较佳的综合性能,密度为0.1213g·cm-3,比表面积高达899.8m2·g-1,孔容为2.856cm3·g-1。     

TritonX-100辅助溶剂热法合成锂电池负极材料花型SnS_2及其电化学性能

采用表面活性剂Triton X-100辅助溶剂热法合成花型纳米Sn S2,研究了表面活性剂添加量(0-2 m L)对样品的成分、形貌及电化学性能的影响。X射线衍射光谱(XRD)和能谱(EDS)的测试结果表明:合成的材料为单相Sn S2,具有层状六方Cd I2型晶体结构;扫描电镜(SEM)观察结果表明,Triton X-100在控制花型Sn S2形貌的过程中起了决定性作用,当Triton X-100的添加量为0.5 m L时样品的结晶度最好,花型结构饱满,形貌最佳;电化学性能测试结果表明:Triton X-100添加量为0.5 m L时,在0.01-1.2 V电压范围及0.15C倍率下花型纳米Sn S2的首次放电比容量可达1598 m Ah·g-1,首次可逆比容量为656 m Ah·g-1,循环50次后可逆比容量为572 m Ah·g-1,容量保持率达到87.2%。     

高比表面椰壳活性炭和纳米级Pd/C催化剂的制备与表征

以海南椰壳为原料,粉碎、过筛后,采用二步活化法制备活性炭.先500℃下碳化,然后以KOH为活化剂,炭碱质量比1∶2、1∶3、1∶4,炉温分别为700℃、800℃和900℃在氮气保护下活化.在炭碱比1∶4,活化温度800℃时,得到的活性炭比表面积高达3275m2/g.将得到的比表面积在1100～3200m2/g活性炭通过PdCl2超声浸渍法,水合肼还原制备纳米级钯炭催化剂,经SA、XRD、TEM等分析,得出比表面积越大,纳米钯粒子在活性炭上的分布越均匀,粒子颗粒越小.     

不同管径多壁碳纳米管与硫含量对锂硫电池单质硫正极电化学性能的影响

采用分段加热法合成了不同管径、不同硫含量的单质硫-多壁碳纳米管(S-MWCNT)复合材料,利用电化学方法、SEM、TEM、比表面吸附等分析方法,筛选出以10~20 nm直径的MWCNT为核,质量分数85%硫为壳的最优化条件下的复合材料。SEM测试显示单质硫均匀填充到MWCNT的中空管和层间的孔中形成了结构稳定的复合物。在最优化的条件下,复合材料首次放电比容量达1 272.8 mAh·g-1,活性物质利用率为76.0%,循环至第80周时放电容量还保持在720.1 mAh·g-1,容量保持率高达64.4%。与未添加MWCNT的单质硫电极相比,硫复合电极活性物质的利用率和循环性能都得到了较大的改善。     

盐酸活化对石墨相氮化碳(g-C3N4)结构和g-C3N4/S锂硫电池正极复合材料性能的影响

以三聚氰胺为原料制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,加入盐酸进行水热处理得到酸活化的g-C₃N₄。研究了盐酸活化对g-C₃N₄结构、形貌及锂硫电池g-C₃N₄/S正极复合材料电化学性能的影响。实验结果表明:盐酸活化处理后,g-C₃N₄的层间距变化不显著。随着盐酸浓度增大,g-C₃N₄比表面积先增大后减小,当盐酸浓度为2.5wt%时,比表面积最大为86.1 m2·g-1,与未处理g-C₃N₄的13 m2·g-1相比提高了5~6倍;盐酸活化g-C₃N₄/S正极复合材料的比容量和循环性能也呈现先增大后减小的趋势,当盐酸浓度为2.5wt%时,比容量和循环性能最好,比容量为1 538 mAh·g-1,循环50次后容量保持率为77.8%,电化学性能与比表面积呈强相关性。      

结构新颖的碳气凝胶的合成及在电容器电极材料中的应用

以醋酸镁和氢氧化镁为间苯二酚与甲醛缩聚反应的催化剂,所得缩聚产物经常温干燥、高温碳化形成碳气凝胶.BET、SEM和TEM测试结果显示,以氢氧化镁为催化剂可以获得具有球状结构的碳气凝胶,其比表面积在600～700 m2·g-1之间,而以醋酸镁为催化剂所得碳气凝胶比表面积在450～500 m2·g-1,呈连续粒状分布.对比研究后发现,以氢氧化镁为催化剂所得碳气凝胶的电化学性能最优,比电容可达123F·g1.     

微波法制备硫/膨胀石墨复合材料及其锂硫电池性能（英文）

采用简单的微波辅助的方法成功制备了硫/膨胀石墨复合材料。膨胀石墨可以用作锂硫电池中阴极的微型容器及集流体。通过控制硫与膨胀石墨的配比成功控制了复合材料中硫颗粒的大小。当硫与膨胀石墨的比例为10∶1时,可以得到相对较均匀的硫颗粒。同时研究了不同条件下所制样品的锂硫电池性能。结果表明,硫的含量与硫颗粒的大小对锂硫电池的容量非常重要。当硫与膨胀石墨的比例为10∶1时,在0.1C放电速率下,复合材料具有最高的放电容量1 020 m Ah·g~(-1)。     

改性乙炔黑对锂硫电池电化学性能的影响

采用浓硝酸蒸汽改性乙炔黑(H-AB)表面,再将其与升华硫(S)通过热处理法复合制备S/H-AB复合材料。X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附仪测试结果表明,经过浓硝酸蒸汽改性后,乙炔黑不仅在表面引入羧基官能团,且孔径和比表面积均增大,硫均匀地包覆于乙炔黑表面及内部。电化学测试结果表明,通过在H-AB纳米微粒表面引入羧基强亲水性官能团,固定单质硫及多硫化锂,有效减少穿梭效应的发生,同时减小了活性物质与电解液的接触阻抗,改善硫电极的循环稳定性,提高活性物质硫的利用率。S/H-AB复合正极的放电比容量和循环性能明显优于S/AB,经过100周循环后,其放电比容量仍保持为563 m Ah·g~(-1),远高于未经改性乙炔黑S/AB复合正极的放电比容量(406. 9 m Ah·g~(-1))。     

新型离子液体基功能电解质材料研究

作为电池的重要组成部分,电解质在很大程度上影响着锂电池的安全性、温度适应性、充放电性能和循环寿命。研究合成了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)-N-甲基-N-甲氧基乙基吡咯烷双(三氟磺酰亚胺)(Pyr1,2O1TFSI)/亚硫酸酯电解质,展现出良好的离子传导性、电极相容性和宽工作温度范围,其中LiODFB-Pyr1,2 O 1TFSI/DMS电解质体系的电导率和锂离子迁移数分别为8.163×10~(-3)S·cm~(-1),0.28。首次将离子液体基电解质体系的应用温度范围拓展到-40℃,使Li/MCMB电池和Li/LiFePO_4电池在-40~60℃的工作温度范围内均表现出理想的电化学性能。以Li[N(SO_2CF_3)_2](LiTFSI)作为锂盐,将三(乙二醇)二甲醚(TEGDME)作为共溶剂,结合离子液体Pyr1,2O 1TFSI,制备系列Li/S电池电解质。含Li TFSI-(70 wt%)Pyr1,2 O 1TFSI/(30 wt%)TEGDME电解质的Li/S电池表现出优秀的循环性能和倍率性能,在0.1 C充放电倍率下,首周循环周期放电比容量1 212.8 m Ah·g~(-1),循环100周后仍然维持在693.5 m Ah·g~(-1)。在1 C放电倍率下,循环100周放电比容量约为827.3m Ah·g~(-1),库伦效率达到99%以上。同时,该电解质还具有良好的高温性能,电池在80℃仍然可以正常工作,放电容量达1 005.3 m Ah·g~(-1)。在总结相关研究工作的基础上,从离子液体/有机共溶剂电解质体系出发,首次半定量对离子液体/共溶剂体系和电化学基本性质间的构效关系进行了深入分析,对未来面向不同应用方向的锂二次电池电解质体系的设计合成具有一定的理论意义和参考价值。     

稻壳基介孔炭的制备及其在超级电容器中的应用(英文)

以量大价廉的稻壳为原料,先后经Na OH脱硅处理、预氧化、磷酸活化,在无模板的情况下制备出介孔炭材料。Na OH脱硅处理可有效除去稻壳中的硅并破坏纤维素的晶体结构,脱硅过程中形成的孔隙亦有利于高比表面积和高中孔率介孔炭的制备。所制介孔炭比表面积和中孔率分别高达2 009 m2·g-1和90.8%。其在50 m A·g-1电流密度下的比电容达176 F·g-1,即使在1 000 m A·g-1的大电流下,其比电容仍保持在126 F·g-1,表现出优异的倍率能力。所制介孔炭具有良好的循环稳定性,在200·m A g-1电流密度下的比电容高达150 F·g-1,1 000次循环无容量衰减。稻壳基介孔炭在超级电容器领域具有良好的应用前景。