炭气凝胶及其在锂离子电池中的应用

糠醛和混甲酚在正丙醇中进行溶胶-凝胶聚合反应形成气凝胶,在600～1000℃下炭化制备炭气凝胶。粉末X射线衍射(XRD)研究了其微观物理结构随热处理温度的变化;元素分析考察了其元素组成;恒电流充放电性能研究了其嵌锂性能。结果发现,随着热处理温度的升高,炭气凝胶的微晶结构逐渐变得规整、有序;碳元素百分含量逐渐增加,氢元素含量逐渐减少;首次充放电可逆容量逐渐下降;其中在600℃下炭化所制备的炭气凝胶,放电容量高达417mAh·g-1,超过了石墨的理论比容量(372mAh·g-1),这主要是由于其内部的微孔起到了锂离子储存“仓库”的作用。     

活性泡沫炭用于超级电容器电极材料

以酚醛树脂、煤沥青泡沫炭为原料,经水蒸气活化制得比表面积分别为961和953m2/g的活性泡沫炭。采用扫描电镜、BET吸附仪、恒流充放电法和循环伏安法对两种活性泡沫炭的结构进行了表征并研究其充放电性能。结果表明,酚醛树脂泡沫炭在1.0nm以下的孔较煤沥青泡沫炭丰富。在1.0mA充放电时,两者的充放电容量分别为106.28和105.1F/g,相差不大,当充放电电流增大到50mA时,前者容量为41.94F/g,后者为17.23F/g。可见,微孔的孔径分布对充放电性能具有很大影响,增大微孔的孔径有利于提高活性炭电极的充放电容量和功率。循环伏安法测试表明在100mV/min扫描速率下酚醛树脂泡沫炭粉的电化学窗口大于煤沥青泡沫炭粉。     

聚丙烯腈原丝氧化工艺的研究

研究了原丝在氧化过程中体密度、线密度、力学性能、环化交联程度、元素组成的变化,结果表明:(1)随着氧化温度的加深,预氧丝交联度和环化指数增加,线密度降低,体密度增加,预氧丝模量、断裂伸长和强度降低。(2)随着氧化程度的加深,纤维致密性增加。(3)随着氧化程度的加深,纤维C、H、N元素含量及H/C、N/C比例逐步降低,预氧丝总体O和O/C增加,在氧化反应初期纤维Si含量迅速减少,然后基本稳定。(4)氧化过程中预氧丝表面的O含量基本恒定,预氧丝表面的含氧量高于中心含氧量。     

石油沥青对乳化法煤沥青基炭微球的改性机理

通过在煤焦油沥青中添加石油沥青获得沥青甲苯胶体溶液,然后与聚乙烯醇(PVA)的甘油溶液乳化,制备了煤沥青基炭微球.为了阐明沥青在甲苯中的溶解性及其与PVA中憎水的亚甲基亲合力对于微球形成的影响,在煤沥青中添加了不同比例的与PVA中憎水的亚甲基更具亲合力的石油沥青,建立了一个微球成形机理的模型.研究发现,添加石油沥青可以促进乳化液中沥青分子与分散剂界面上表面活性剂分子的取向稳定性,从而明显改善沥青微球的球形度.石油沥青的添加降低了混合后沥青的软化点,为使沥青微球的软化点高于空气氧化始温,需要选择适当的添加比例.     

超临界流体制备中间相沥青泡沫炭及其导热性能研究

以奈系中间相沥青为原料,在初始压力2.0～4.0MPa的范围内,利用甲苯作为超临界溶剂制备中间相沥青基泡沫,并经氧化炭化和石墨化获得了三维网状结构的泡沫炭,利用扫描电镜、x射线衍射、激光导热测定仪分析了泡沫碳的结构和导热性能,研究了泡沫炭结构与其导热性能的关系.结果表明,不同条件下所制备得到的泡沫炭泡孔结构和孔分布的不同对导热系数影响较大,在2350℃下石墨化后导热系数达到42(W/mK).     

在氮气中处理聚丙烯腈纤维的不熔化工艺

聚丙烯腈纤维不熔化过程的前期(220℃)在氮气中热处理,后期(220℃)在空气中热处理,与常规全程空气中热处理进行对比,希望能够降低不熔化处理的成本。借助元素分析(EA)、热重分析仪(TGA)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、力学性能分析等表征手段,研究了不同热处理方法对PAN不熔化纤维的氧化程度和皮芯结构影响以及碳化收率和碳纤维的力学性能。结果发现,与全程空气处理相比,经过氮气气氛处理后的不熔化纤维在后续处理过程中最终不熔化温度可以降低20℃,900℃碳化后的收率增加了3.8%,碳纤维的强度相当,初步估算节能8.7%。     

超临界条件对沥青泡沫炭结构的影响

以煤焦油沥青为原料,在高压反应釜中,选择合适溶剂在超临界流体状态下制备了沥青泡沫,经过氧化、炭化制备成泡沫炭.根据沥青的流变性能和溶解性能选择了甲苯作为溶剂,考察了溶剂比例、发泡温度、压力及压力释放速率对沥青泡沫孔结构的影响.从超临界体系相平衡分析了超临界流体对沥青泡沫形成的作用机理.实验表明,在溶剂比例为10%～50%,初始压力2.5～4.0MPa,发泡温度在290～315℃,保温时间4小时,压力释放速率为0.5～1.OMPa/s的条件下,制备出泡孔结构均匀、孔径分布300～1 500μ、开孔率高的沥青泡沫.通过调节不同的溶剂比例、发泡温度和压力、压力释放速率等条件,可以控制沥青泡沫的孔结构.     

酚醛树脂基活性炭微球的电化学性能II.作为EDLC电极材料的活性炭微球的制备及电化学性能

用直流恒流循环法考察在不同的活化条件下得到的酚醛树脂活性炭微球作为双电层电容器电极的电化学性能。结果表明,要得到高比电容的电容器电极材料,水蒸气活化的最佳条件为:在800℃下活化1h,水蒸气的量控制为氮气量的40%。在此条件下得到的酚醛树脂活性炭微球作为电极具有良好的循环充放电性能,比电容可达到143F/g,充放电效率高达98%。在2.0nm~7.5nm之间的孔对活性炭微球的比电容影响显著。     

熔融纺丝温度对大直径中间相沥青碳纤维结构性能的影响

本工作采用实验室用氮压式单孔纺丝机，对中间相沥青在不同温度下进行纺丝、经预氧化、碳化后测试其力学性能和结构，分析了熔纺温度对大直径中间相沥青纤维和碳纤维的结构和性能的影响。     

溶液自由基法高分子量聚丙烯腈的合成

采用以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,丙烯腈(AN)与丙烯酰胺(AM)在二甲亚砜(DMSO)溶剂中的自由基溶液共聚合,考察了单体浓度,单体配比,引发剂含量,反应温度和聚合时间等对共聚反应的影响。分别用称量法和乌氏黏度计测定了反应的转化率和聚合物的相对分子质量,用红外光谱对聚合物的结构进行了分析。研究结果表明,提高反应温度及引发剂含量,则转化率升高,分子量下降。单体浓度越高,分子量及转化率均可提高。这符合自由基聚合的一般规律。通过工艺优化,共聚物的转化率可达90%以上,黏均分子量约21万。