煤沥青基微晶炭的制备及其储锂性能

以工业副产物煤沥青（coal tar pitch, CTP）为原料,采用高温炭化法制备煤沥青基微晶炭,利用XRD、Raman光谱、SEM、TEM和XPS等手段对其微观结构和表面化学性质进行表征,并探究微晶炭用作锂离子电池负极材料的储锂特性。结果表明,煤沥青经不同温度（800~1100℃）炭化处理后可制备出石墨微晶和无定形炭共存的微晶炭。炭化温度是影响煤沥青基微晶炭的微晶片层、纳米孔道和结构缺陷等微观结构特征和表面化学性质的重要因素。当炭化温度为800℃时,煤沥青基微晶炭CTP-800具有较为有序的石墨微晶片层和丰富的纳米孔道、结构缺陷等无定形炭,且两者有机结合,相互镶嵌,构筑成三维网络结构,同时炭基体表面含有适量氧/氮官能团。该微晶炭用作锂离子电池负极材料时具有优异的储锂特性,在50mA/g电流密度下可逆容量可达305mA·h/g,1000mA/g大电流密度下仍可维持在174mA·h/g,经100次循环后可逆容量保持率超过99.0%,显示出良好的倍率性能和优异的循环稳定性,是一种较为理想的锂离子电池负极材料。煤沥青基微晶炭 CTP-800优异的储锂特性与其炭基体中含有石墨微晶片层与纳米孔道、结构缺陷等无定形炭和炭表面富含氧/氮官能团等因素密切相关。     

表面积对煤基电容炭电化学性能的影响

以河北无烟煤为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备具有高比表面积的煤基电容炭,考察煤基电容炭的比表面积对无机/有机体系下双电层电容器电化学性能的影响。结果表明:随着碱煤比的增加,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率增加。当碱煤比达到3.5时,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率分别为3 389 m2/g、2.041 cm3/g、49.9%。可以看出,对于无机/有机体系,在相同的比表面积变化规律下,电容器电化学性能的变化规律略有不同。当碱煤比小于2时,所制电容炭的比表面积小于2 400 m2/g,此时对于无机/有机体系,电容器的比电容变化规律相同,比电容都随比表面积的增大增幅明显。当碱煤比大于2时,所制电容炭的比表面积大于2 400 m2/g,此时随着比表面积的继续增大,对无机体系,电极材料的比电容几乎维持不变,比电容最高可达331 F/g;对有机体系,电极材料的比电容增幅减缓,比电容最高可达192 F/g。当碱煤比为2时,电容炭的比表面积为2 382 m2/g,此时无论对于无机体系还是有机体系,电容器在保持相对较高比电容的同时具有相对较高的电容保持率。由此可知,一定程度上,提高电极材料的比表面积有利于提升超级电容器的电化学性能。制备具有适宜比表面积的电容炭,在得到较高电容性能电容器的同时更能有效控制成本。同时,以煤为原料制备电容炭,可提升煤的附加值,具有很好的市场前景。     

煤在新型炭材料制备中的应用

炭材料具有很多特性,随着工业技术的发展,它的地位越来越重要,以煤为原料制备新型炭材料已经引起人们的普遍关注并具有十分乐观的发展前途.从多孔炭材料、富勒烯类炭纳米材料和锂离子电池电极三方面综述了以煤为原料制备新型炭材料的研究和应用开发的新进展,阐述了煤作为一种廉价原料的优势,提出了煤作为制备原料在三个方面的发展方向.     

电容器电极用新型炭材料的研究进展

综述了活性炭电极材料的性质与电容器性能的关系,介绍了不同原料制备的活性炭、改性活性炭、活性炭纤维、炭纳米管及炭黑等用于电容器电极材料的研究进展。最后,阐述了电容器电极用炭材料的发展趋势。     

煤抽提物基炭材料的制备及其电化学性能

以某煤抽提物为前驱体,在N_2保护下,分别在600℃,700℃,800℃和900℃炭化制备四种电化学电容器用炭材料,分别记作:FKC600,FKC700,FKC800和FKC900.采用低温N_2吸附法对各炭材料的孔结构进行表征,并通过恒流充放电和循环伏安测试研究其电化学性能.结果表明:随着炭化温度的升高,四种炭材料的比表面积和总孔容逐渐增大,但孔结构总体上发育不完善,FKC600和FKC700的比表面积仅为14 m~2·g~(-1)左右.四种炭材料在3 mo1/L KOH电解液中具有良好的充放电可逆性和典型的双电层电容特性;其体积比电容和面积比电容随炭化温度的升高呈现先增大后减小的趋势,FKC700的体积比电容高达112.4 F·cm~(-3),FKC600和FKC700的面积比电容大于800μF·cm~(-2),远远高于炭材料的理论储能极限.     

煤基功能炭材料的制备及应用

基于分子化学工程和纳米材料科学的技术理念,发展和应用煤基功能炭材料,对于实现煤炭资源清洁利用以及高附加值煤炭产业升级具有重要意义。煤是由芳香族和氢化芳香族基团组成的、具有三维(3D)交联网络结构的天然材料。独特的分子结构特性赋予煤(煤的衍生物)具有合成多种煤基功能炭材料的巨大潜力。近20 a来,煤基功能碳材料取得了很大进展,对其进行全面总结,有利于明确煤炭及其衍生物制备功能碳材料的现状和发展方向。利用分子剪切、化学气相沉积、电弧放电、静电纺丝等技术手段,实现了零维到三维煤基功能碳材料的可控制备,系统梳理了煤基石墨烯炭量子点、炭球、炭纳米管、炭纤维、煤基石墨烯及煤基多孔炭的研究现状。重点总结了多维煤基炭功能材料在储能、催化、界面分离等领域的优势和不足。分析讨论了煤基功能炭材料面临的可控度低、分子结构复杂以及合成手段难以规模化应用等问题,以期为新型煤基功能炭材料的设计、制备和应用提供一定的参考和启示。     

煤基电极炭活化条件的研究

介绍了以煤为主要原料制备电极炭时活化条件对电极炭结构和性能的影响规律,采用碘吸附值、亚甲蓝值、比电容量等手段表征了电极炭的结构和性能。结果表明,当氮气流速约为80mL/min、水蒸气流量约为1.2mL/(h·g)、活化温度约为850℃、活化时间约为120min时,可制得性能优良的电极炭。     

孢子粉基电容炭的制备及电化学性能研究

本文以灵芝孢子粉作为原料,通过水解-活化两步法制备了生物质基电容炭,氮气吸附脱附分析结果表明,所制备的电容炭以微子为主,孔径主要分布在0.8～1.0 nm.循环伏安(CV)测试得到该电容炭的比容量为150.8 F·g-1(扫描速率为5 mV·s-1).在恒流充放电(GCD)测试中,当电流密度由0.5A·g-1增至20A...     

煤基炭膜及组件的制备技术

一、技术简介： 膜分离作为一个新型、高效节能的分离技术已成为解决我国面临的能源结构的调整、传统产业技术改造和升级、水资源的短缺与污染、生态环境保护等问题的关键性技术。炭膜是由炭材料构成的一种新颖的多孔无机膜，与有机聚合物膜分离材料相比，它具有较高的热、化学稳定性和机械强度、较长使用寿命。     

煤基管状炭膜支撑体的研究（II）制备工艺条件对支撑体孔结构性能的影响

探讨了制备了工艺条件对炭膜支撑孔结构性能的影响,研究表明,提高成型压力可使支撑体的平均孔径减小,提高炭化纤维速率则使支撑体的平均孔径增大;随着炭化终温的升高,支撑体的平均孔径出现极大值。     

新型毫微晶材料的制备、结构和性能

毫微晶也称为纳米晶(Nanocrystalline),是最近发展起来的一种新型材料,其单个晶粒尺寸为几纳米。在毫微晶中有两种类型的原子,即晶体原子和界面原子,前者具有长、短程有序,而后者既无长程有序,也无短程有序,整个毫微晶构成了一种与晶态和玻璃态均不相同的新型结构,由此构成的材料显然具有十分令人感兴趣的性质。本文介绍和综述新型毫微晶材料的结构特征、制备方法和性质研究的最新进展。     

木质素基碳纳米管/炭复合材料的制备及电化学性能研究

通过移动化学气相沉积法制备了木质素基碳纳米管/炭复合材料(L-CNT/C),并对其进行活化处理,获得高比表面积和发达的多孔结构的L-CNT/C电极。通过FESEM、TEM、Raman、FT-IR、TG等手段对复合材料的形貌、结构进行表征与分析,并考察了其作为电极材料的电化学性能。结果表明,温度升高利于碳管数量的增加,但过高的反应温度会导致复合材料石墨化程度降低。在三电极体系中,0.2 A/g电流密度下,L-CNT/C电极的质量比电容可达234.04 F/g,而木质素基炭材料的比电容仅为61.22 F/g。同时,L-CNT/C电极经过3 000次恒电流充放电测试后仍可保持初始电容的95.2%,循环稳定性优异。     

多孔炭材料设计合成及电化学储能应用

多孔炭材料具有导电性好、结构稳定、资源丰富、价格低廉的天然优势,既可直接作为电极材料,构建炭基电化学储能器件,又可与非炭电活性材料复合,起到传输电子、缓冲体积膨胀及调节界面反应的作用,在电化学储能器件中一直发挥着不可或缺的作用。结合本文作者课题组的研究工作,本文总结了多孔炭制备及孔结构和形貌的调控方法,分析了各方法的优缺点;并以超级电容器、锂离子/钠离子电池和锂硫电池为代表,阐述了多孔炭材料在电化学储能领域的作用及应用研究现状,讨论了电化学储能器件对多孔炭材料的结构与性能要求,指出了多孔炭在电化学储能应用中存在的局限性,并对多孔炭在这些储能领域的研究和发展趋势做出展望。     

石墨化无烟煤制备铝用炭阳极研究

采用高温石墨化炉将太西(TX)无烟煤进行热处理,部分替代煅后焦制备铝用炭阳极,先后考察了TX石墨化煤不同添加形式、添加比例对炭阳极质量的影响。结果表明,TX无烟煤在经过超高温处理后真密度、电阻率、石墨化度、固定炭、灰分、微量元素等指标有了很大的改善,但Fe元素的脱除效果不是很明显;相较于颗粒料的添加形式,采用粉料添加形式制备的阳极质量更优;随着粉料添加量的上升,阳极体积密度、真密度、电阻率、空气反应残余率等指标均明显提高,但CO₂反应残余率明显下降。     

煤基软炭锂离子电池负极材料的低温性能研究北大核心

以煤系针状焦为原料,经1 100℃氮气保护烧结处理制得锂离子电池负极材料。采用扫描电镜、X射线衍射仪对所制备的材料进行了结构表征,制得材料的石墨化程度不高,具有无序结构,材料的层间距较大,材料的比表面积较小。采用恒流充放电测试分别对样品在不同温度下的电化学性能进行了测试。与市售人造石墨样品相比,所制备样品的低温性能优异,在-20℃时的0.2 C的放电容量可达到122.5 m A·h/g,而市售人造石墨的放电容量仅为55.7 m A·h/g。     

元素掺杂生物质炭材料在电化学储能中的研究进展

在“双碳”目标的背景下,新型生物质炭材料的开发及其在电化学储能领域中的应用引起了人们广泛的关注。在各种优化生物质炭材料性能的方法中,元素掺杂能够解决比容量低、稳定性差的问题,为提高生物质炭材料电化学性能提供了一种简单、有效的方法和策略。本文从植物基、动物基和微生物基三方面介绍了元素掺杂生物质炭材料的来源,并根据掺杂元素的种数将元素掺杂生物质炭材料归纳为单元素掺杂和多元素共掺杂。回顾了元素掺杂生物质炭材料在超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等电化学储能器件中的应用,在此基础上分析了其化学组成和微观结构对电化学性能的影响。同时对其今后的发展和商业化前景做出展望,指出掺杂元素的种类和含量的调控、制备方法和工艺的优化、生物质自掺杂属性的激活仍是目前亟待解决的问题和未来的发展方向。     

煤基单壁纳米炭管的制备

采用电弧等离子体技术,以铁粉、镍粉或La-Ni混合物为催化剂,由中国煤成功地制备出单壁纳米炭管.综合运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量散射探针（EDX）及激光拉曼光谱等技术对所制得的单壁纳米炭管进行分析表征,发现得到的单壁纳米炭管具有较高的纯度;所制得的煤基单壁纳米炭管的直径与所使用的催化剂有关,以铁粉为催化剂时,单壁炭管的直径处于1.2～2.2nm之间,而以镍粉或La-Ni混合物为催化剂时得到单壁炭管的直径相近,处于1.26～1.50nm之间;与单壁炭管伴生的其他杂质是少量的碳包纳米金属颗粒和微量的源于原料煤中矿物质的Al、Si等杂原子.     

石油焦基多孔炭电极材料的制备及调控

以石油焦为原料,氢氧化钾为活化剂,采用化学活化法制得中孔丰富、比表面积高的多孔炭。通过硝酸铁溶液浸渍,再经高温热处理,或在高温过程中通入CO2,对多孔炭进行孔结构深度调控。将所制多孔炭用作电化学电容器电极材料,通过恒流充放电、循环伏安测试其电化学性能,采用氮气吸附法测定多孔炭的比表面积及孔径分布。结果表明:KOH与石油焦质量比为3∶1,活化温度850℃,活化时间90 min时,可以制得比表面积为2 738 m2/g,总孔容为1.51 cm3/g,中孔率为43.2%的多孔炭,在电流密度为100 mA/g时,该电极在6 mol/L KOH电解液中的比电容值高达256.6 F/g。多孔炭经金属盐溶液浸渍并经CO2二次活化后,中孔率由43.2%提高至70.7%,尽管因比表面积的下降造成了电极比电容值的下降,但由于中孔率的提高,电极的充放电速率明显加快。