一、第五届全国新型炭材料学术研讨会纪要(论文文献综述)
孙宁[1](2019)在《钠离子电池硬炭负极材料和电极的研究》文中认为高效廉价的规模储能技术是发展风能、太阳能等可再生能源不可或缺的关键技术支撑。由于钠资源丰富、成本低廉,钠离子电池被认为是适合规模储能的新型二次电池,成为当前国内外研究的热点。硬炭材料比容量高、结构稳定、循环性能好,且制备工艺简单、环境友好,是最具商业化前景的负极材料。本文以获得高性能的钠离子电池硬炭(HC)负极材料和电极为目标,通过调控层间距和石墨微晶结构制备了高比容量、高循环稳定性的生物质硬炭材料;研究了硬炭材料的储钠机制,提出了改进的“吸附-嵌入”模型;着眼于实际应用中的电极结构,提出了以高导电性的二维层状材料石墨烯和MXene为导电成型剂制备柔性自支撑硬炭电极的新方法。(1)生物质硬炭负极材料的制备与电化学性能研究。以生物废弃物柚子皮为原料,采用高温热解法制备了结构无序的硬炭材料。该硬炭材料保留了前驱体疏松多孔的结构,具有大的层间距,有利于钠离子的嵌入/脱出,一定的孔隙结构有利于电解液的浸润,同时缩短了离子迁移路径,因而具有高的储钠容量和优异的循环稳定性。随热解温度的升高,柚子皮基硬炭材料的比容量先增大后减小,1200℃热解制备的硬炭材料具有大的层间距(d002=0.38 nm)和相对发达的孔结构,可逆储钠容量可达430 mAh g-1,并表现出优异的循环稳定性,200次循环后容量保持率为97.5%。以柚子皮为原料制备硬炭材料,变废为宝,其优异的性能和简单的制备工艺使得这种生物质硬炭成为一种有前景的钠离子电池负极材料。(2)硬炭负极材料的储钠机制研究。针对钠离子电池硬炭负极材料的储钠机制国内外目前还没有统一认识的现状,本文以银杏叶为原料,在600-2500℃的宽温度范围内通过热解温度的调控制备了一系列硬炭材料。通过对硬炭微观结构与其电化学储钠行为的关联,提出了改进的“吸附-嵌入”储钠模型。根据晶体的规整程度,将硬炭的微晶结构分为高度无序相(层间距大于0.4 nm)、准石墨相(层间距在0.36~0.4 nm)和类石墨相(层间距小于0.36 nm)三种类型。不同的微晶结构具有不同的储钠行为:高度无序相的层间距足以使钠离子在其中自由进出,因而同孔隙、边缘、杂原子等传统“缺陷”类似,表现为“准吸附”型的储钠行为,对应于充放电曲线上0.1 V以上的斜线区;准石墨相可以进行钠离子的层间嵌入,充放电曲线表现为0.1 V以下的平台区;类石墨相由于层间距太小,钠离子难以进入,不能提供储钠容量。由于硬炭材料的结构不均一,因此通常是几种储钠机制共存。“吸附-嵌入”模型可以很好地解释现有的实验结果,对高性能钠离子电池硬炭负极材料的结构设计和调控具有指导意义。在热解过程中,随热解温度的升高,硬炭的微晶结构由完全的无序态逐渐向类石墨态演变,其储钠行为和性能也随之变化。因此,可以针对不同的应用需求,通过热解温度来调节硬炭的微观结构和电化学性能。(3)着眼于从电极结构提高性能,提出了以石墨烯为多功能导电成型剂制备柔性自支撑硬炭电极的新方法。该法制备工艺简单,将硬炭与氧化石墨烯(GO)液相分散、真空抽滤成膜、再在300℃热还原,即可制备出柔性自支撑的硬炭/还原氧化石墨烯(rGO)膜。与传统以PVDF为粘结剂制备的电极相比,rGO独特的形貌和结构使其同时充当了成型剂和柔性基体,因此制备出的硬炭电极为柔性自支撑结构,可直接用作钠离子电池的电极。更重要的是,rGO可以作为辅助活性材料提供储钠位点,所制备的硬炭/rGO膜电极的储钠容量可达372.4 mAh g-1,200次循环后,容量保持率为90%。得益于石墨烯片层构建的三维导电网络,以石墨烯为导电成型剂的硬炭电极与传统以PVDF做粘结剂的电极相比,表现出更加优异的倍率性能。此外,整个制备过程简单,环境友好,因此柔性自支撑的硬炭-石墨烯膜可以看做是柔性钠离子电池的理想负极材料。(4)针对传统硬炭电极充放电过程中体积膨胀过大引起电极材料粉化,与集流体脱离导致循环性能恶化的问题,提出以新型二维材料MXene作为多功能导电成型剂,制备柔性一体化硬炭电极的新的电极成型方法。与传统的PVDF粘结剂不同,MXene片层构建的三维网络可以有效缓冲体积膨胀,提高电极的稳定性。此外,HC-MXene电极为柔性自支撑结构,可以直接用作钠离子电池负极,不需要任何集流体。由于MXene和硬炭之间的协同效应,HC-M-2:1膜电极在30 mA g-l的电流密度下具有高达368 mAh g-1的储钠容量,并表现出优异的循环稳定性,1500次循环后容量没有衰减。同时,得益于具有类金属导电性的二维MXene片层构建的三维导电网络,HC-MXene电极的倍率性能也显着改善,在10 A g-1的电流密度下,储钠容量仍然可以达到66.7 mAh g-1。以MXene为多功能导电成型剂制备长寿命、高倍率柔性电极的思想,对其他储能器件的研究也有参考意义。
石利泺[2](2018)在《层状水滑石为模板的炭基材料的制备及其储能性能研究》文中研究说明纳米炭材料因具有良好的物理化学性质而被广泛的研究应用。最近,水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs)材料作为一种先进的二维功能材料成为了储能与催化领域研究热点。人们发现,不仅可以使用电化学惰性的LDHs作为模板制备新型纳米炭材料,或者利用具有催化活性的LDHs原位催化生长纳米炭材料,而且还可以将具有电化学活性的LDHs与纳米炭材料复合得到具有多功能性的多维复合材料。纳米炭材料与LDHs形成的复合材料可以继承这两种组分材料的优点,甚至可以形成具有超出预期的多功能材料。采用先进的方法以LDHs为模板制备的的新型炭基材料在电化学能量存储和转化中具有重要的潜力。通过此类方法制备得到的炭基材料通常具有丰富的孔结构和合适的中孔分布,当用作锂离子负极材料时,有利于电解液和活性物质的充分接触,继而使材料的储锂性能得到提高。除此之外,自身具有良好的氧化还原反应和内在催化特性的LDHs在能量储存与转换领域日益引起关注。本论文旨在以LDHs为模板制备新型的具有优良储能性能的纳米炭基材料。研究了 LDHs形貌和组成变化对所制备炭材料的形貌、结构和储能性能的影响,揭示出具有优良性能的锂电炭基负极材料的设计原理、制备方法与储锂机理。首先,以剥离的层状MgAl-LDHs为模板,蔗糖作为碳源制备具有片状纳米结构的层次多孔炭(Novel Hierarchical Porous Carbon,NHPCs)。剥离的MgAl-LDHs作为硬模板可以在炭基体内造出狭缝状的孔,与此同时,蔗糖碳源也可以吸附在剥离的LDHs层板的表面,经炭化后形成炭纳米片。通过调节模板与碳源的添加比(5:1,2.5:1和1:1),可以得到具有不同比表面积、中孔含量和炭纳米片数量的NHPCs。模板的添加量越多越有利于形成中孔和炭纳米片结构,而具有更多中孔和炭纳米片结构的NHPC-5.0呈现更好的储锂性能。作为锂电池负极材料时,在50 mA g-1的电流密度下,NHPC-5.0具有1151.9 mAh g-1的可逆比容量,并表现出优异的倍率性能和循环稳定性。这主要可以归因于炭基体内的多孔结构有利于电荷的转移并为锂离子传输提供更短的传输通道,可以提高电极材料的倍率性能;狭缝型孔的存在可以为储锂提供更多的活性位点,进一步可以提高电极的比容量;NHPCs的炭纳米片和多孔结构的存在有利于加强NHPCs和电解液的接触,增强电解液对活性物质的浸润效果。MgAl-LDHs经一步煅烧法可以得到镁铝双金属氧化物微球,以该微球为模板,以蔗糖作为碳源,通过浸渍、炭化等过程制备了层次多孔炭微球(Hierarchical Porous Carbon Microspheres,HPCMs)。通过调整碳源/模板比例,可实现对HPCMs形貌以及孔结构的调节,得到球形度好、孔结构发达的炭微球材料。当用作锂离子电池的负极材料时,碳源与模板比例为1:1的HPCM-1在0.05、0.2和1 A g-1的电流密度下展现出了 1140.5、650.3和347.9 mA h g-1的可逆比容量。HPCMs的疏松多孔的球形结构可以缩短锂离子的扩散距离,提供更多的反应活性位点,有助于提升材料的比容量和倍率性能。利用LDHs材料的层板离子可搭配的特性,将层板中的镁、铝离子替代为钴、镍离子,通过水热法合成制备了 CoNi-LDHs微球。引入石墨烯对CoNi-LDHs微球进行包覆得到CoNi-LDHs/石墨烯复合材料(LDH/Gs)。石墨烯与LDHs的比例对电化学性能具有重要影响。石墨烯与CoNi-LDHs的质量比为1:2.5的LDH/G-2.5用作锂离子电池负极材料时,在0.05、0.2、2和10 A g-1的电流密度下可分别保持1428.0、1099.9、670.8和328.1 mA hg-1的可逆比容量。在10 A g-1的测试条件下,在一万次循环之后容量保持率为75%,显示出优良的循环稳定性。LDH/Gs复合材料兼具有CoNi-LDHs的高化学反应活性和石墨烯的良好的导电性和强机械强度。在电化学充放电循环过程中,包裹在外面的石墨烯“外壳”可以为作为缓冲器抑制金属氢氧化物的体积膨胀效应,利于提升材料的长周期循环稳定性。利用球形CoNi-LDHs组装体为催化基体,吡啶作为碳源和氮源,通过控制催化温度,制备得到具有不同形貌的氮掺炭组装体材料。当催化合成温度为600℃时,吡啶蒸汽于CoNi-LDHs片层表面气相沉积,生成三维石墨烯网。温度升至800℃,在CoNi-LDHs进一步催化作用下,于石墨烯纳米片上生成炭纳米洋葱。当温度更进一步升至1000℃,炭纳米洋葱继续生长成碳纳米管,得到碳纳米管修饰的球状石墨烯网络组装体(CNT-NSGN)。CNT-NSGN的特殊的多孔结构和高含氮量(~8%)有利于材料导电性的提高和反应活性位点的增多,进一步使材料的电化学性能得到提高。
张进[3](2016)在《高比能锂离子电容器的设计与电化学性能研究》文中研究表明新能源体系的建设和电子设备的飞速发展对储能器件提出了更高的要求,对于锂离子电池和超级电容器这些储能元件的能量密度、功率密度、循环寿命等性能的要求也越来越高。锂离子电容器(LIC)是一种基于锂离子电池(LIB)和超级电容器(EDLC)双重储能机制的储能器件,兼具超级电容器良好的功率特性和锂离子电池较高的能量密度,有望应用于纯电动和混合动力汽车领域。从锂离子电容器未来的产业化角度出发,炭材料因为廉价易得是锂离子电容器的首选材料。本论文构建了四种不同体系的锂离子电容器,分别对这四种锂离子电容器体系进行了系统的研究。研究结果表明:在活性炭/石墨锂离子电容器体系中,石墨负极的预嵌锂程度,石墨负极嵌锂平台的利用和正极活性炭的容量设计,能够实现对电容器电化学性能的调控,优化锂离子电容器单体的比容量、比能量、比功率及循环性能。活性炭正极的容量设计在50 mAh g-1,石墨负极使用第二个嵌锂平台,嵌锂容量在300 mAh g-1的电容器具有最优的综合电化学性能,在2.0-4.0 V的工作电压下,电容器能量密度达到92.3 Whkg-1,功率密度为5.5kW kg-1,1000次循环后容量保持率为97.0%。利用石墨负极材料的第一个嵌锂平台或者进一步减小正极的设计容量,都能够进一步提高电容器的功率密度和循环性能。在活性炭/软炭锂离子电容器体系中,MCMB生球经过不同炭化温度制备的软炭材料都能保持较好的球形结构,随着炭化温度的升高,软炭材料石墨微晶的层面间距d002先增加后减小,炭化温度为1500℃制备的软炭材料的层间距为0.3512 nm,大于石墨材料的层间距。软炭材料层间距的变化影响到其作为电容器负极材料的倍率性能,以及正极和负极的充放电过程及电化学电势变化,进而影响锂离子电容器的综合电化学性能。在2.0-4.0 V的工作电压区间内,活性炭为正极,炭化温度为1500℃制备的软炭材料为负极构建的锂离子电容器能量密度可以达到85.1 Whkg-1,功率密度为6.2 kW kg-1,1000次充放电循环后容量保持率为93.7%。在活性炭/硬炭锂离子电容器体系中,与球形硬炭材料的充放电曲线相比,不规则硬炭材料的充放电曲线在0V附近具有非常明显的充放电平台,充放电平台的存在有利于提高活性炭正极的利用,从而增加锂离子电容器的能量密度。不规则硬炭负极材料具有无序结构而且层间距高于球形硬炭材料的层间距,这种结构特性满足锂离子在硬炭材料中快速嵌入和脱嵌,从而使电容器具有更好的倍率性能。在2.0-4.0V的工作电压下,LIC-IH具有最优的综合电化学性能,能量密度达到85.7 Wh kg-1,功率密度为7.6kW kg-1,2C倍率下5000次循环后容量保持率为96.0%。另外,LIC-IH还具有较好的低温电化学性能,在-20℃的低温下,仍能保持76.6 Wh kg-1的能量密度,5.8 kW kg-1的功率密度和5000次循环后80.1%的容量保持率。在石墨基锂离子电容器中,通过简单的模板炭化法制备的中孔炭材料孔径集中在6.5 nm附近,比表面积为1432 m2g-1,孔容为2.89 m3g-1,中孔炭正极材料合适的孔径分布和高比表面积有利于电荷的积累和转移。在锂盐电解液中,中孔炭材料的比容量和循环性能均优于商品化的活性炭材料。锂离子电容器的能量密度特性取决于电容活性材料的电荷吸脱附行为,因此正极中孔炭材料比容量的增加将有效的提高石墨基锂离子电容器的能量密度。与石墨负极相比,通过在石墨负极中添加硬炭材料制备的MH混合负极的倍率性能得到较大的提升,锂离子电容器的功率密度特性取决于锂离子在电池材料体相中的扩散动力学行为,因此负极材料倍率性能的改善将提高石墨基锂离子电容器的功率密度和循环稳定性。
宋燕,刘佳斌,刘燕珍[4](2015)在《第十二届全国新型炭材料学术研讨会顺利召开》文中研究指明由中国科学院山西煤炭化学研究所主办,中南大学国家炭/炭复合材料工程技术研究中心协办的第十二届全国新型炭材料学术研讨会于2015年11月5日-7日在湖南长沙召开。中南大学黄伯云院士和中国科学院山西煤炭化学研究所吕春祥研究员共同担任大会主席,中国科学院山西煤炭化学研究所所长王建国和中国科学院沈阳金属研究所成会明院士分别担任大会组委会主任和学委会主任。来自全国高等院校、科研院所和产业部门的
王力[5](2014)在《含氧官能团对活性炭电极材料电化学性能的影响》文中认为超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能装置,电极材料是决定其电化学性能的关键。表面官能团对电极材料表面性质起决定性作用,并对其电化学行为产生重要影响。本论文从前驱体入手,制备了本体富氧炭/金属氧化物复合材料,并作为电极材料在无机电解液体系中(3M KOH)和有机电解液体系中(1M Et4NBF4/PC)中进行了电化学性能测试。运用N2吸附、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)等技术手段对制备的活性炭进行结构及表面化学分析,研究了活性炭含氧官能团种类对活性炭电极材料电化学性能的影响。结果表明,含氧官能团在不同电解液中的电化学性能不同,不同类型的含氧官能团对电化学性能的作用也不相同。含氧官能团对电极材料电化学性能的影响来自三个方面:材料比表面积和孔径分布;赝电容;表面润湿性的改善。无机电解液体系中,含氧官能团对比电容的影响约为20%40%。羟基、醚类提高了活性炭的表面湿润性,使活性炭电极材料的比表面积得到充分的利用;羰基和酚羟基可以产生赝电容。羧基会增加析氢反应,阻碍电极界面的充电过程,降低比电容量。在有机电解液体系中,含氧官能团对比电容的影响约为17%42%。有机电解液中羧基可以减小漏电流和自放电性能,羰基和醌基同样具有积极作用,其他含氧官能团基本上是负面作用。同时也表明利用含氧官能团的强大络合能力可以通过一步炭化得到碳质氧化物复合材料。
宋燕,刘佳斌,刘燕珍[6](2013)在《第十一届全国新型炭材料学术研讨会顺利召开》文中提出由中国科学院山西煤炭化学研究所主办的第十一届全国新型炭材料学术研讨会于2013年8月16-20日在山西太原召开。中国科学院山西煤炭化学研究所吕春祥研究员和郭全贵研究员共同担任大会主席,中国科学院山西煤炭化学研究所王建国所长和中国科学院沈阳金属所成会明研究员分别担任大会组委会主任和学委会主任。
袁观明[7](2012)在《高导热炭材料的制备研究》文中研究表明炭材料(如炭纤维、C/C复合材料、石墨材料等)具有低密度、低热膨胀系数、优异的机械性能和较高的热导率等优点,是近年来热管理领域里最具发展前景的一类导热材料。但是炭材料内部石墨晶体的特殊性(各向异性)和多样性(微晶尺寸及其取向不同)决定了其导热性能大相径庭,从一般石墨材料的70150W/m.K到气相生长炭纤维轴向的1950W/m.K不等。因此控制炭材料内部石墨微晶尺寸、取向及其连续性是提高其特定方向室温热导率的关键。本论文以萘系中间相沥青为原料,通过熔融纺丝制备了毫米宽度的带状沥青纤维,经预氧化、炭化和石墨化处理得到石墨层片高度取向的高导热带状石墨纤维。选择氧化稳定化并低温热处理后的带状纤维与中间相沥青粘结剂进行复合再中温(500oC)热压制备一维带状纤维/C复合材料,此材料经后续炭化和石墨化处理得到石墨层片沿带状纤维长度方向高度择优取向的一维高导热C/C复合材料。同时利用中间相沥青为粘结剂和廉价易得的高结晶度天然鳞片石墨为骨料,采用相同的成型和热处理工艺制备了高定向高导热石墨材料。研究工作取得的主要结论如下:1、中间相沥青基带状纤维的制备、表征及其性能测试(1)以中间相沥青为原料,采用熔融纺丝工艺制备出表面光洁平整、宽度(0.31.5mm)和厚度(1530μm)可控的带状沥青纤维。带状沥青纤维经220260oC氧化稳定化“固定”住了带状纤维的形貌和结构,在随后高温炭化和石墨化过程中带状纤维内部石墨微晶生长发育,其微晶尺寸逐渐变大,微晶三维有序堆积结构逐步完善,石墨层片沿带状纤维主平面高度取向。而且带状纤维在高温热处理过程中保持其带状形态,不发生变形(劈裂、褶皱和卷曲),有效克服了径向辐射状圆形纤维的易劈裂难题。(2)热处理温度对带状纤维的抗氧化性能和力学性能有显着影响,热处理温度越高,带状纤维的结晶度和石墨化度越高,其抗氧化性能越好。28003000oC石墨化带状纤维的抗氧性能明显优于K-1100石墨纤维。1.5mm宽带状纤维低温(400700oC)热处理后的力学性能较低,经过1000oC炭化处理后其力学性能明显提高,拉伸强度和弹性模量分别达到了876MPa和109GPa,经3000oC石墨化处理后带状纤维的拉伸强度和弹性模量进一步提高至2.53GPa和421GPa。(3)随着热处理温度的提高,带状纤维的轴向导电性能不断提高。1.5mm宽带状纤维经30003200oC石墨化后其室温轴向电阻率仅为1.051.08μ.m,比K-1100石墨纤维的室温轴向电阻率(1.17μ.m)低。根据中间相沥青基炭纤维的导电导热关联式计算得到1.5mm宽带状纤维的室温轴向热导率可达11001200W/m.K。2、一维高导热带状纤维/C复合材料的制备、表征及其性能测试(1)以单向铺排带状纤维为基体材料,在其表面均匀涂覆适量的中间相沥青粘结剂,经500oC一次热压成型再高温炭化、石墨化处理,可以制备较高体积密度的一维带状纤维/C复合材料。随着热处理温度的不断提高,复合材料的体积密度逐渐增加。500oC热压成型样品的体积密度约为1.21.3g/cm3,1000oC炭化处理后其体积显着收缩,密度增至1.71.8g/cm3,3000oC石墨化后材料的体积密度达到了1.851.90g/cm3。(2)XRD、PLM和SEM测试分析表明,1.5mm宽带状纤维/C复合材料具有明显的结构各向异性,带状纤维在复合材料中单向有序排布,其主平面沿热压方向有序堆积,内部石墨层片沿带状纤维长度方向高度择优取向。电阻率和热扩散系数测试表明,该复合材料具有显着的电学和热学各向异性,沿带状纤维长度方向具有优异的导电和导热性能。3000oC石墨化复合材料沿带状纤维长度方向和带状纤维主平面堆积方向的室温电阻率分别为1.5μ.m和22.2μ.m,其相应热导率为862W/m.K和11W/m.K。热处理温度对复合材料沿带状纤维长度方向的室温热扩散系数和热导率有重要影响,热处理温度越高,其热传导性能越好。复合材料沿带状纤维长度方向的室温热导率与其热处理温度和体积密度之间有着良好的线性关联,其相关系数(0.98和0.95)较高。(3)带状纤维的宽度和纤维的截面形态对复合材料的体积密度、室温热扩散系数和热导率有重要影响。0.5mm和0.3mm窄带状纤维/C复合材料的体积密度较高(1.881.91g/cm3),沿带状纤维长度方向的室温热扩散系数和热导率分别为570580mm2/s和820830W/m.K;圆形纤维/C复合材料的体积密度较低(1.70g/cm3),沿纤维长度方向的室温热扩散系数和热导率分别为554mm2/s和707W/m.K。虽然1.5mm宽带状纤维/C复合材料的体积密度(1.86g/cm3)稍低,但是沿带状纤维长度方向的热扩散系数(618mm2/s)明显较高,因此相应热导率(862W/m.K)也较高。3、天然鳞片石墨基高导热石墨材料的制备、表征及其性能测试(1)以天然鳞片石墨和中间相沥青分别为骨料和粘结剂,采用500oC一次热压成型再高温热处理可以制备较高体积密度的石墨块。鳞片石墨粒径、中间相沥青粘结剂用量、热压压力和热处理温度等对石墨块的体积密度有一定的影响,86wt.%天然鳞片石墨(+32目)和14wt.%中间相沥青混合料经10MPa压强热模压成型的炭块经2800oC石墨化后其体积密度达到1.91g/m3以上。(2)XRD、PLM和SEM测试分析表明,制备的石墨块具有明显的结构各向异性,天然鳞片石墨主平面沿热压方向高度有序堆积排列。除体积密度和比热容外,石墨块其它物理性能(如力学性能、导电性能、导热性能)具有明显的各向异性,在垂直和平行热压方向存在较大差异。(3)石墨块沿垂直热压方向的室温电阻率受天然鳞片石墨粒径、中间相沥青粘结剂用量和热处理温度的影响较大。2800oC石墨化后的石墨块沿垂直热压方向具有优异的导电和导热性能,其室温电阻率和热导率分别达到了1.45μ.m和622W/m.K,而在平行热压方向的室温电阻率和热导率分别为8.35μ.m和25W/m.K。该石墨块在垂直热压方向的耐压强度(11.3MPa)和抗弯强度(7.7MPa)较低。(4)除热处理温度、中间相沥青粘结剂的用量和晶体取向对石墨块的热导率有非常明显的影响以外,其它因素(如测试环境温度、天然鳞片石墨的粒度、不同的沥青粘结剂、热压成型温度、掺杂处理等)也会影响石墨材料的热导率。4、高导热炭材料的导热导电性能关联及其导热机理初步探讨(1)带状炭(石墨)纤维及其一维C/C复合材料的室温轴向热导率与其轴向电阻率、石墨化度和石墨微晶参数(d002、Lc、La)密切关联,其相关系数都较高(≥0.91)。石墨块沿垂直热压方向的室温热导率与此方向的电阻率关联度不大,但是和沥青粘结剂衍生石墨的微晶参数(Lc、La)有一定关联,其相关系数(0.46和0.64)较低。(2)由带状纤维室温轴向热导率和电阻率的关联式可知:3000oC石墨化带状纤维的室温轴向热导率达到了10841174W/m.K。利用一维C/C复合材料的热导率混合计算公式反推3000oC石墨化带状纤维的室温轴向热导率可达到1136W/m.K,这表明利用带状纤维轴向电阻率来计算其轴向热导率是有效可行的。采用这两种方法预测C/C复合材料沿带状纤维长度方向的室温热导率有望达到890920W/m.K。(3)3种高导热炭材料(带状纤维、C/C复合材料、石墨材料)的导热机理分析表明:炭材料热传导性能受样品热处理温度、石墨化度、微晶参数和晶体取向的影响较大。炭材料内部石墨微晶的尺寸大小是决定其导热性能高低的主要内在因素之一,其沿垂直热压方向的室温热导率与石墨微晶平面大小La成正比。
第九届全国新型炭材料学术研讨会秘书组[8](2009)在《第九届全国新型炭材料学术研讨会会议纪要》文中研究指明
杨永岗,杨全红[9](2009)在《王茂章研究员和他的研究活动》文中指出
曾凡龙[10](2008)在《粘胶活性碳纤维分子和孔结构转变及功能性应用研究》文中进行了进一步梳理粘胶活性碳纤维(RACF)具有十分优异的吸附性能,已应用于化工、防护、制药、卫生等领域,在环保、新能源等新兴领域也显示出了巨大潜力。但其制备过程中反应复杂、产品强度低、孔结构单一、得率低、能耗大、价格高、应用开发缺乏等不利因素极大地限制了其广泛应用。针对这些不足,本论文在粘胶活性碳纤维催化体系、制备过程中分子的化学和物理结构转变机理、表面孔结构控制、低成本制备新技术、以及对大分子有机污染物吸附降解和高性能电极材料等应用方面,进行了全面系统的研究。借助热失重分析(TG),比较了5种代表性粘胶纤维催化剂(磷酸铵(AP)、磷酸氢二铵(DAP)、磷酸二氢钱(ADP)、磷酸(PA)和硫酸铵(AS))的作用效能,分析了反应过程。催化剂能选择性地降低化学键的键能、降低反应温度,优先脱水,从而提高了碳化得率。DAP的催化能力最强,其具有最高的碳化、活化得率和比表面积。在DAP催化时的低温氧化阶段,空(氧)气的存在有利于粘胶纤维的脱水和热分解反应,并限制了左旋葡萄糖的产生,使得率提高:但空气对其它催化剂的影响不显着。发现和建立了将热分解峰形态特征与热解速度及得率之间相关联的新方法。用粘胶热失重曲线上主分解峰的峰高/半高宽之比(H/W1/2)来描述热分解峰的形态特征。该值越小,表明分解反应越缓和,碳得率就越高:反之反应就激烈,得率就越低。可由该值的相对大小推断不同催化剂下粘胶的热分解行为和碳化得率,但得率与峰面积之间没有确定的关系。这一新方法将有利于了解热分解过程和快速评选新型高效的催化剂。运用傅立叶红外转换光谱(FTIR)、广角X衍射(WAXD)、元素分析(EA)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、自动氮吸附仪等多种分析手段,分别研究了在磷酸氢二铵(DAP)作用下,粘胶纤维热处理过程中的化学结构、结晶结构、表面孔结构和形态的转变规律。DAP能显着促进粘胶大分子在热处理中的化学和物理结构转化。在150℃下纤维素大分子即已开始脱水反应,200℃时出现C=O基团,220℃纤维素大分子主链结构开始受到破坏,到250℃出现C=C基团,大分子结构完全被破坏。这些温度比纯粘胶相应的温度低50~100℃。脱水和分解反应主要集中在220-250℃之间,这是一个最重要的转变区间,纤维的分子结构、结晶结构、失重、碳含量、纤维直径和颜色等发生了突变。此时,纤维已完全失去纤维素的结构特征,转化为无定形的热解(脱水)纤维。红外光谱进一步证实,空气中氧的存在确实有助于粘胶纤维的脱水和碳化,使裂解和脱水反应温度降低了约30℃。热处理过程中DAP进入纤维素的晶区,破坏纤维素的结晶结构。但当DAP自身的结晶结构在150~175℃开始被破坏后,纤维素的结晶结构可以部分再恢复。DAP促进粘胶纤维同时脱水和碳化,含碳量提高。DAP不仅在加热过程中起到酸催化剂的作用,而且其含有的N也作为反应物参与了脱水反应。这不同于以往的认识,DAP既是催化剂,也是反应物。在升温碳化过程中官能团或非碳原子迅速减少直至绝大部分消失,只有C=C基团因芳构化结构的形成,吸收峰由1715cm-1移至1584cm-1。碳化活化过程中纤维直径变化不大,但失重一直持续增大。在450℃以后,DAP对碳化过程和化学结构的影响不十分显着;碳化到800℃时开始形成尺寸极小的类石墨微晶结构,其WAXD几乎显示为无定形的馒头峰。增加DAP的用量能提高粘胶纤维的碳化和活化得率提高。活化前后纤维中化学基团的变化规律与活化温度有关,低温(750℃)活化使含氧基团降低,而高温(950℃)活化使含氧基团增加。粘胶活性碳纤维的表面孔主要集中在2nm附近。活化温度不同,纤维表面刻蚀程度很不相同。850℃活化时,纤维表面刻蚀较少,能保持大致平整。950℃活化时,纤维表面被严重刻蚀,纤维变得十分粗糙。活化温度提高有利于提高比表面积和孔体积,但对提高中孔体积的比例不显着。AFM观察表明:由高温碳化后再活化的纤维表面微细结构与其它活性碳纤维的明显不同,存在着10~25nm的卵石状球形结构,其间的缝隙构成微孔。现有活性碳纤维(ACF)孔径很小,属微孔范围(2nm以下),只适合于吸附小分子物质,如丙酮、甲苯等。而对中等大小的分子(如染料、农药等)和大分子(如洗涤剂、药物、聚合物、气溶胶、细菌和病毒等),直径达到几个至几百纳米,就需要孔径更大的ACF。文献中偶见有中孔ACF的报道,但并不详细,大孔ACF国内外还未见报道。为了扩大ACF的应用面和吸附能力,探索了扩孔工艺,创新地制备出了大孔ACF。将TiO2添加到粘胶纤维中,制备出了中孔ACF。中孔率依赖于活化时间和温度。活化温度升高、活化时间延长,都能够提高比表面积和中孔率,但产品得率迅速降低。当活化温度为950℃,活化时间为60分钟时,中孔率高达50.6%,孔径集中在2nm和4nm附近。为了进一步扩大孔径,探索了多种方法。通过将常规的微孔型粘胶ACF用复合金属钴盐处理,再二次活化,成功制备出了中孔率更高达91.5%、表面孔径达到20~150nm的大孔ACF。纤维手感柔软,强度适当,可以正常使用。制备过程中活化程度越深,ACF的孔径和和孔体积越大,微晶的晶粒尺寸和结晶度越小,晶面间距越大。微孔、中孔和大孔三种孔结构的ACF对亚甲基蓝的吸附能力表明:相同比表面积条件下,孔径越大,吸附速度越快,吸附量也越大;大孔型吸附量可比微孔型提高1倍。因而,对分子量较大的物质,大孔径ACF的吸附具有十分显着的优势。现有制备ACF的碳化活化工艺(二步法)路线长、消耗大、成本高,本论文研究了省去碳化的一步法低成本制备新工艺,以及产品结构和性能。用该工艺制备出了强度、手感、表面化学结构和孔结构等质量指标与两步法相近的活性碳纤维,且产品收缩率更稳定,但微晶大小有所不同。为了比较两种工艺质量的优劣,提出了一个质量新指标——有效得率(=活化得率×比表面积),它综合平衡了得率与比表面积两个相互矛盾的工艺指标,比单一指标更客观全面。一步法要明显优于两步法,这一新工艺省去了碳化步骤和氮气,极大地减少了电力消耗和设备费用,有效得率更高,提高了效率,可降低生产成本1/3。最后,本文研究了RACF在环境净化和清洁能源材料等新兴领域的应用。采用静态吸附、模拟室内空气试验箱结合现场试验等方法,研究了ACF对气相和液相中单组分低分子有机溶剂和多组分大分子复合污染物的吸附和再生规律。结果表明:ACF对丙酮、四氯化碳、乙醇和甲苯等低分子有机溶剂蒸气的吸附速度非常快,10分钟就可达到吸附平衡,吸附量高达400~1500mg/g。脱附再生十分容易,二次吸附容量可达初次的95%以上。对极性较大的物质如水等也有较大的吸附容量,可达400mg/g,只是吸附速度要慢得多,约需2小时才达到平衡。但甲醛常温下难以被ACF吸附,其原因在于它的沸点(-19.5℃)远低于室温。但甲醛的存在能使对水汽的吸附量可提高10%。从中得到启示,在ACF表面负载胺类化合物,甲醛吸附量可高达450mg/g。ACF对多种大小分子的复合有机油类有优异的吸附能力,是活性炭的5倍。0.94%的ACF用量就能将PAN纺丝凝固浴中95%的油类杂质吸附掉。与对低分子的吸附规律不同,升高温度有利于吸附量的提高。吸油后的ACF可以通过溶剂加以再生,脱附率达79%,但二次吸油效率有所降低。水中低浓度大分子有机污染物的净化处理是一个前沿性的课题,还没有好办法。一是处理成本高,二是大分子容易粘附在过滤材料(如膜分离)上,使其难以再生而报废。本文研究了用ACF将大分子污染物富集在表面,再借助TiO2将其光催化分解和无害化的新方法。在ACF上负载和制备出了具有很高光催化活性的TiO2,进行了光催化降解的研究。以钛酸四正丁酯为前驱物,用溶胶—凝胶法,制备出了在ACF表面分散性良好、具有多孔和锐钛矿型结构的TiO2。在紫外光的照射下,负载TiO2的ACF能够有效地将柠檬酸、聚乙烯醇(PVA)等大分子有机物予以降解。常温下经过6小时,降解效率可达70~80%,远优于常规TiO2的几十个小时。吸附——光降解能够反复多次进行,每经过一次循环,比表面积损失很小,仅1~2%,绝大部分比表面积能够获得再生。这一结果表明,用光催化结合ACF吸附技术进行大分子污染物的降解是可行的,很有应用前景:同时也为ACF对吸附大分子、高沸点物质后脱附再生困难提供了一个新的技术方法和思路。作为一种新颖高效的电极材料,ACF显示出了极大的前景。ACF作为超级电容器的电极,要求其强度高、比表面积大和有一定中孔分布,国内无法提供,也没有研究。为了使ACF能够满足这一高要求,研究了高比表面积、高强度ACF的制备方法。以高强度粘胶碳纤维为原料,在较高的活化温度(900~950℃)及较长的活化时间(40~60min),制成了强度高(100N/5cm以上)、比表面积大(1400~2000m2/g)、中孔率32.68%的ACF,达到了先进水平;掌握了小试和小批量工业加工技术。试制出的高强度ACF能够满足超级电容器对强度的要求,可以连续化机械加工,并被制成了10000F和80000F的超大容量超级电容器。在模拟工况条件下,用Arbin电池测量仪测试了超级电容器的各项电性能指标。经过50A、100A的大电流测试,综合性能良好,比电容高达130~150F/g,与俄罗斯的先进水平接近。已可应用于太阳能、风能发电系统蓄电装置和辅助电源等。本论文围绕粘胶活性碳纤维制备机理和功能性应用展开了系列基础研究,在催化剂评价方法、大孔径和高强度ACF以及一步法低成本制备、光催化降解大分子有机物等方面取得了一定的进展和创新性研究结果,对理解RACF制备反应过程和机理、提高强度和降低成本、扩大应用领域等都具有重要的现实意义。
二、第五届全国新型炭材料学术研讨会纪要(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、第五届全国新型炭材料学术研讨会纪要(论文提纲范文)
(1)钠离子电池硬炭负极材料和电极的研究(论文提纲范文)
学位论文数据集 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 钠离子电池概述 |
1.3 钠离子电池负极材料 |
1.3.1 碳基材料 |
1.3.2 合金材料 |
1.3.3 金属氧化物 |
1.3.4 磷系材料 |
1.4 钠离子电池硬炭负极材料的研究进展 |
1.4.1 层间距/微晶结构调控 |
1.4.2 形貌调控 |
1.4.3 多孔结构调控 |
1.4.4 杂原子掺杂 |
1.5 硬炭材料的储钠机制研究 |
1.5.1 “嵌入-吸附”机制 |
1.5.2 “吸附-填充”机制 |
1.5.3 “吸附-嵌入”机制 |
1.6 硬炭电极的研究 |
1.7 本课题的研究思路和主要研究内容 |
参考文献 |
第二章 钠离子电池生物质硬炭负极材料的制备与性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 生物质硬炭的制备 |
2.3 生物质硬炭的形貌与结构 |
2.4 生物质硬炭的电化学储钠性能 |
2.4.1 电极的制备及电池的装配 |
2.4.2 生物质硬炭的电化学储钠性能 |
2.5 生物质硬炭的储钠动力学分析 |
2.6 本章小结 |
参考文献 |
第三章 钠离子电池硬炭负极材料的储钠机制研究 |
3.1 引言 |
3.2 硬炭材料的制备 |
3.3 硬炭材料的形貌与结构 |
3.4 硬炭材料的电化学储钠行为和性能 |
3.4.1 电极的制备及电池的装配 |
3.4.2 硬炭材料的电化学储钠行为分析 |
3.5 硬炭材料的电化学储钠机制分析 |
3.6 储钠机制对硬炭材料的循环和倍率性能的影响 |
3.7 硬炭材料的电化学储钠模型 |
3.8 本章小结 |
参考文献 |
第四章 基于石墨烯导电成型剂的钠离子电池柔性炭电极的研究 |
4.1 引言 |
4.2 以石墨烯为导电成型剂的柔性炭电极的制备 |
4.2.1 氧化石墨烯的制备 |
4.2.2 以石墨烯为导电成型剂的硬炭-石墨烯复合电极的制备 |
4.3 以石墨烯为导电成型剂的柔性炭电极的形貌与结构 |
4.4 以石墨烯为导电成型剂的柔性炭电极的电化学性能 |
4.4.1 电池的装配及电化学性能测试 |
4.4.2 以石墨烯为导电成型剂的柔性炭电极的电化学性能 |
4.5 本章小结 |
参考文献 |
第五章 基于MXene导电成型剂的钠离子电池柔性炭电极的研究 |
5.1 引言 |
5.2 以MXene为导电成型剂的柔性炭电极的制备 |
5.2.1 MXene的制备 |
5.2.2 以MXene为导电成型剂的柔性炭电极的制备 |
5.3 以MXene为导电成型剂的柔性炭电极的形貌和结构 |
5.4 以MXene为导电成型剂的柔性炭电极的电化学性能 |
5.4.1 电池的装配及电化学性能测试 |
5.4.2 以MXene为导电成型剂的柔性炭电极的储钠性能 |
5.4.3 以MXene为导电成型剂的柔性炭电极的储钾性能 |
5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 未来研究展望 |
致谢 |
论文及专利 |
作者及导师简介 |
附件 |
(2)层状水滑石为模板的炭基材料的制备及其储能性能研究(论文提纲范文)
学位论文数据集 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.2.1 锂离子电池工作原理及其结构 |
1.2.2 锂离子电池负极材料的选择 |
1.2.3 锂离子电池负极材料的分类 |
1.3 炭基材料概述 |
1.3.1 碳纳米管 |
1.3.2 石墨烯 |
1.3.3 炭微球 |
1.3.4 多孔炭材料 |
1.3.5 杂原子掺杂的炭基材料 |
1.4 层状双金属氢氧化物(LDHs)概述 |
1.4.1 LDHs的结构与组成 |
1.4.2 LDHs的性质 |
1.4.3 LDHs的制备 |
1.4.4 LDHs的应用 |
1.4.5 层状双金属氧化物(LDOs)的结构与性能 |
1.4.6 LDHs作为模板制备炭材料的研究现状与进展 |
1.5 本课题的目的、意义与主要研究内容 |
第二章 实验与表征方法 |
2.1 实验方案 |
2.2 实验原料及化学试剂 |
2.2.1 电池组装所用原料 |
2.2.2 其它试剂 |
2.3 实验设备 |
2.4 实验方法 |
2.4.1 层状LDHs材料的制备方法 |
2.4.2 MgAl-LDOs的制备方法 |
2.4.3 层次多孔炭的制备方法 |
2.4.4 层次多孔炭微球的制备方法 |
2.4.5 CoNi-LDH/石墨烯复合材料的制备方法 |
2.4.6 碳纳米管修饰的球状石墨烯网络组装体的制备方法 |
2.5 测试表征方法 |
2.5.1 场发射扫描电子显微镜(FESEM) |
2.5.2 透射电子显微镜(TEM) |
2.5.3 X射线衍射分析(XRD) |
2.5.4 拉曼光谱分析(Raman) |
2.5.5 傅里叶变换红外光谱测试(FTIR) |
2.5.6 X射线光电子能谱(XPS) |
2.5.7 氮气吸脱附测试(N2 adsorption-desorption measurement) |
2.6 电化学性能测试 |
2.6.1 工作电极的制备及半电池的组装 |
2.6.2 循环伏安测试 |
2.6.3 恒流充放电测试 |
2.6.4 交流阻抗测试 |
第三章 以MgAl-LDHs为模板的层次多孔炭的制备及其储能性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 MgAl-LDHs的形貌、结构与剥离 |
3.2.1 形貌 |
3.2.2 结构与剥离 |
3.3 层次多孔炭的合成、形貌和结构 |
3.3.1 合成机理 |
3.3.2 形貌 |
3.3.3 结构 |
3.3.4 比表面积孔结构分析 |
3.4 层次多孔炭的电化学性能 |
3.4.1 储锂性能 |
3.4.2 阻抗性能 |
3.5 小结 |
第四章 以MgAl-LDOs微球为模板的多孔炭微球的制备及其电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 MgAl-LDOs微球模板的选择、形貌与结构 |
4.2.1 模板的选择 |
4.2.2 形貌 |
4.2.3 结构 |
4.3 层次多孔炭微球的合成、形貌和结构 |
4.3.1 合成机理 |
4.3.2 直接炭化产物的形貌与结构 |
4.3.3 形貌 |
4.3.4 结构 |
4.4 层次多孔炭微球的电化学性能 |
4.4.1 储锂性能 |
4.4.2 阻抗性能 |
4.4.3 与其他炭微球材料的性能对比 |
4.5 小结 |
第五章 石墨烯包覆CoNi-LDHs复合材料的制备及其储能性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 CoNi-LDHs的形貌与结构 |
5.2.1 形貌 |
5.2.2 结构 |
5.3 LDH/Gs复合材料的合成、形貌与结构 |
5.3.1 合成机理 |
5.3.2 形貌 |
5.3.3 结构 |
5.4 LDH/Gs的电化学性能 |
5.4.1 LDH/G-2.5, GNS和CoNi-LDHs的循环伏安曲线对比 |
5.4.2 储锂性能 |
5.4.3 阻抗性能 |
5.4.4 储锂机理 |
5.5 小结 |
第六章 氮掺杂的嵌纳米管修饰的球状石墨烯网络组装体的制备及其电化学性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 CoNi-LDHs的形貌 |
6.3 催化温度对产物合成的影响 |
6.4 CNT-NSGN的形貌与结构 |
6.4.1 CNT-NSGN的形貌 |
6.4.2 CNT-NSGN的结构 |
6.5 CNT-NSGN的电化学性能 |
6.5.1 锂电性能 |
6.5.2 超电性能 |
6.6 小结 |
第七章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
研究成果和发表的学术论文 |
作者与导师简介 |
附件 |
(3)高比能锂离子电容器的设计与电化学性能研究(论文提纲范文)
学位论文的主要创新点 |
摘要 |
Abslract |
第一章 文献综述 |
1.1 引言 |
1.2 电化学电容器概述 |
1.2.1 电化学电容器的分类 |
1.2.2 电化学电容器的工作原理 |
1.2.3 电化学电容器的特点 |
1.3 锂离子电池概述 |
1.3.1 锂离子电池的分类 |
1.3.2 锂离子电池的构成 |
1.3.3 锂离子电池的工作原理 |
1.3.4 锂离子电池的特点 |
1.4 锂离子电容器的研究 |
1.4.1 锂离子电容器的发展 |
1.4.2 锂离子电容器的分类 |
1.4.3 锂离子电容器的电极材料 |
1.4.4 锂离子电容器的储能原理 |
1.4.5 锂离子电容器的特点 |
1.4.6 锂离子电容器的应用 |
1.5 本论文的选题依据及主要研究内容 |
第二章 实验部分 |
2.1 所用原料及实验药品 |
2.2 实验仪器 |
2.3 电极材料结构和物理表征 |
2.3.1 X射线衍射分析(XRD) |
2.3.2 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM) |
2.3.3 透射电子显微镜(TEM) |
2.3.4 比表面积和孔径分布测试 |
2.4 电极制备及测试装置组装 |
2.4.1 正极极片的制备 |
2.4.2 负极极片的制备 |
2.4.3 预嵌锂负极的制备 |
2.4.4 两电极测试装置的组装 |
2.4.5 三电极测试装置的组装 |
2.5 电化学性能测试 |
2.5.1 恒流充放电测试 |
2.5.2 循环伏安测试 |
2.5.3 交流阻抗测试 |
第三章 活性炭/石墨锂离子电容器电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 AC正极极片的制备 |
3.2.2 MCMB负极极片的制备 |
3.2.3 MCMB负极预嵌锂极片的制备 |
3.3 电极材料的分析测试 |
3.3.1 正极活性炭材料的结构表征 |
3.3.2 正极活性炭材料的电化学性能测试 |
3.3.3 负极石墨化中间相炭微球的结构表征 |
3.3.4 负极石墨化中间相炭微球的电化学性能测试 |
3.4 MCMB负极预嵌锂程度对电容器电化学性能的影响 |
3.4.1 MCMB负极预嵌锂极片的制备 |
3.4.2 锂离子电容器的组装 |
3.4.3 预嵌锂MCMB负极的表征 |
3.4.4 MCMB负极预嵌锂程度对LIC充放电性能的影响 |
3.4.5 MCMB负极预嵌锂程度对LIC倍率性能的影响 |
3.4.6 MCMB负极预嵌锂程度对LIC循环性能的影响 |
3.5 MCMB负极嵌锂平台利用对电容器电化学性能的影响 |
3.5.1 MCMB负极预嵌锂极片的制备 |
3.5.2 锂离子电容器的组装 |
3.5.3 MCMB嵌锂平台的利用对LIC充放电性能的影响 |
3.5.4 MCMB嵌锂平台的利用对LIC交流阻抗的影响 |
3.5.5 MCMB嵌锂平台的利用对LIC倍率性能的影响 |
3.5.6 MCMB嵌锂平台的利用对LIC循环性能的影响 |
3.6 AC正极容量设计对电容器电化学性能的影响 |
3.6.1 AC正极的容量设计 |
3.6.2 MCMB负极预嵌锂极片的制备 |
3.6.3 锂离子电容器的组装 |
3.6.4 AC正极容量设计对LIC充放电性能的影响 |
3.6.5 AC正极容量设计对LIC交流阻抗的影响 |
3.6.6 AC正极容量设计对LIC倍率性能的影响 |
3.6.7 AC正极容量设计对LIC循环性能的影响 |
3.7 本章小结 |
第四章 活性炭/软炭锂离子电容器电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 AC正极极片制备 |
4.2.2 软炭材料的制备 |
4.2.3 软炭负极极片的制备 |
4.2.4 预嵌锂软炭负极极片的制备 |
4.2.5 锂离子电容器的组装 |
4.3 软炭负极材料的结构表征 |
4.3.1 软炭材料的X射线衍射分析 |
4.3.2 软炭材料的扫描电子显微镜观察 |
4.3.3 软炭材料的比表面积和孔结构分析 |
4.4 活性炭/软炭锂离子电容器体系的电化学性能 |
4.4.1 软炭负极材料的充放电测试 |
4.4.2 软炭负极材料的循环伏安测试 |
4.4.3 软炭负极材料的倍率性能测试 |
4.4.4 活性炭/软炭锂离子电容器体系的充放电性能测试 |
4.4.5 活性炭/软炭锂离子电容器体系的倍率性能测试 |
4.4.6 活性炭/软炭锂离子电容器体系的循环性能测试 |
4.5 本章小结 |
第五章 活性炭/硬炭锂离子电容器电化学性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 AC正极极片的制备 |
5.2.2 硬炭负极极片的制备 |
5.2.3 锂离子电容器的组装 |
5.3 不同类型的硬炭负极材料对锂离子电容器电化学性能影响 |
5.3.1 不同类型硬炭材料的结构分析 |
5.3.2 不同类型硬炭材料的电化学性能测试 |
5.3.3 预嵌锂硬炭负极的制备 |
5.3.4 不同类型的硬炭负极材料对LIC充放电性能的影响 |
5.3.5 不同类型的硬炭负极材料对LIC交流阻抗的影响 |
5.3.6 不同类型的硬炭负极材料对LIC倍率性能的影响 |
5.3.7 不同类型的硬炭负极材料对LIC循环性能的影响 |
5.4 活性炭/硬炭锂离子电容器在低温下的电化学性能 |
5.4.1 不规则硬炭负极材料在低温下的充放电测试 |
5.4.2 不规则硬炭负极材料在低温下的倍率性能测试 |
5.4.3 活性炭/硬炭锂离子电容器在低温下的充放电测试 |
5.4.4 活性炭/硬炭锂离子电容器在低温下的倍率性能测试 |
5.4.5 活性炭/硬炭锂离子电容器在低温下的循环性能测试 |
5.5 本章小结 |
第六章 石墨基锂离子电容器电化学性能的优化研究 |
6.1 引言 |
6.2 中孔炭材料的制备及其在锂离子电容器中的应用 |
6.2.1 中孔炭材料的制备 |
6.2.2 中孔炭正极的制备和锂离子电容器的组装 |
6.2.3 中孔炭材料的结构表征 |
6.2.4 中孔炭材料的电化学性能测试 |
6.2.5 使用中孔炭材料为正极锂离子电容器电化学性能测试 |
6.3 MCMB/HC混合负极在锂离子电容器中的应用 |
6.3.1 实验部分 |
6.3.2 电极材料的性能测试 |
6.3.3 使用MH混合负极锂离子电容器电化学性能测试 |
6.4 本章小结 |
第七章 结论 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(5)含氧官能团对活性炭电极材料电化学性能的影响(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超级电容器概述 |
1.3 双电层电容器的储能原理 |
1.4 超级电容器电极材料 |
1.5 活性炭电极材料概述 |
1.5.1 活性炭的前驱体 |
1.5.2 活性炭的制备方法 |
1.6 活性炭表面化学性质的影响因素 |
1.7 研究现状 |
1.7.1 含氧官能团的结构及表征方法 |
1.7.2 含氧官能团的引入方式 |
1.7.3 含氧官能团对活性炭电化学性能的影响 |
1.8 课题的提出 |
1.9 主要研究内容 |
2 实验方案和原理 |
2.1 实验原料及仪器设备 |
2.2 制备工艺 |
2.2.1 技术路线 |
2.2.2 活性炭的制备 |
2.3 活性炭材料的表征方法 |
2.3.1 活性炭的孔结构表征 |
2.3.2 元素分析 |
2.3.3 活性炭表面官能团含量的测定 |
2.4 电极材料的制备 |
2.5 超级电容器的组装 |
2.6 超级电容器电化学性能测试方法 |
2.6.1 恒流充放电测试 |
2.6.2 循环伏安测试 |
2.6.3 交流阻抗 |
2.6.4 漏电流测试 |
2.6.5 自放电测试 |
3 富氧电容炭的制备、热处理与微观结构表征 |
3.1 引言 |
3.2 实验原料和样品制备 |
3.3 不同温度热处理后活性炭的孔结构 |
3.4 XPS分析 |
3.5 不同温度热处理后元素分析 |
3.6 本章小结 |
4 富氧电容炭电极材料电化学性能 |
4.1 引言 |
4.2 无机电解液体系 |
4.2.1 恒流充放电 |
4.2.2 比电容随电流密度的变化曲线 |
4.2.3 循环伏安 |
4.2.4 漏电流测试 |
4.3 有机电解液体系 |
4.3.1 恒流充放电 |
4.3.2 循环性能 |
4.3.3 漏电流 |
4.3.4 交流阻抗 |
4.3.5 自放电 |
4.4 本章小结 |
5 含氧官能团对电极材料电化学性能的影响机制 |
5.1 引言 |
5.2 XPS测试 |
5.3 TG/DTG分析 |
5.4 红外光谱(FTIR)分析 |
5.5 电化学性能影响机制 |
5.5.1 无机电解液体系 |
5.5.2 有机电解液体系 |
5.6 本章小结 |
6 碳质氧化物复合材料的制备及结构评价 |
6.1 引言 |
6.2 碳质氧化物复合材料的制备 |
6.3 孔结构分析 |
6.4 XRD测试分析 |
6.5 电化学性能分析 |
6.5.1 KOH电解液体系 |
6.5.2 有机电解液体系 |
6.6 质量比电容与面积比电容 |
6.7 本章小结 |
7 结论 |
本文的创新点 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(7)高导热炭材料的制备研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
引言 |
第一章 研究现状与选题背景 |
1.1 高导热材料的分类 |
1.2 炭(石墨)材料的传导性能 |
1.2.1 炭(石墨)材料的热传导机理 |
1.2.2 炭(石墨)材料的电传导机理 |
1.2.3 炭(石墨)材料热导率与微观结构的关系 |
1.2.4 炭(石墨)材料热导率与电阻率的关系 |
1.3 高导热炭材料的研究进展 |
1.3.1 金刚石薄膜 |
1.3.2 高导热石墨材料 |
1.3.3 高导热泡沫炭 |
1.3.4 高导热炭纤维及其 C/C 复合材料 |
1.4 高导热炭材料的制备方案 |
1.4.1 高导热中间相沥青基炭纤维的制备方案 |
1.4.2 高导热 C/C 复合材料的制备方案 |
1.4.3 高导热石墨材料的制备方案 |
1.5 研究意义及主要研究内容 |
第二章 实验与分析测试方法 |
2.1 原料及化学试剂 |
2.2 制备工艺及主要实验装置 |
2.2.1 高导热中间相沥青基炭纤维的制备 |
2.2.2 高导热 C/C 复合材料的制备 |
2.2.3 高导热石墨材料的制备 |
2.3 分析测试方法 |
2.3.1 原料性能测试 |
2.3.2 材料物理性能测试 |
2.3.3 材料组成和结构分析 |
第三章 中间相沥青基带状炭纤维的制备研究 |
3.1 实验 |
3.1.1 实验原料 |
3.1.2 中间相沥青基炭(石墨)纤维的制备 |
3.2 结果与讨论 |
3.2.1 中间相沥青基圆形纤维 |
3.2.2 中间相沥青基带状纤维 |
3.3 小结 |
第四章 高导热炭/炭复合材料的制备研究 |
4.1 实验 |
4.1.1 实验原料 |
4.1.2 C/C 复合材料的制备 |
4.1.3 C/C 复合材料的表征 |
4.2 实验结果及讨论 |
4.2.1 C/C 复合材料成型工艺的确定 |
4.2.2 高取向 C/C 复合材料的织构 |
4.2.3 高取向 C/C 复合材料的体积密度 |
4.2.4 高取向 C/C 复合材料的 XRD 分析 |
4.2.5 高取向 C/C 复合材料的微观形貌和结构 |
4.2.6 高取向 C/C 复合材料的导电性能 |
4.2.7 高导热 C/C 复合材料的导热性能 |
4.3 小结 |
第五章 高导热石墨材料的制备研究 |
5.1 实验 |
5.1.1 实验原料 |
5.1.2 高导热石墨材料的制备 |
5.1.3 高导热石墨材料的测试分析 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 高定向石墨材料的织构 |
5.2.2 高定向石墨材料的体积密度 |
5.2.3 高定向石墨材料的 XRD 分析 |
5.2.4 高定向石墨材料的光学织构 |
5.2.5 高定向石墨材料的微观结构 |
5.2.6 高导热石墨材料的力学性能 |
5.2.7 高导热石墨材料的电学性能 |
5.2.8 高导热石墨材料的热学性能 |
5.3 小结 |
第六章 影响石墨材料导热性能的主要因素探讨 |
6.1 测试温度对石墨材料热导率的影响 |
6.2 天然鳞片石墨的纯度和粒度对石墨材料热导率的影响 |
6.3 沥青粘结剂性质对石墨材料热导率的影响 |
6.4 热压成型温度对石墨材料热导率的影响 |
6.5 微晶参数对石墨材料热导率的影响 |
6.6 掺杂金属对石墨材料热导率的影响 |
6.7 小结 |
第七章 高导热炭材料的导热导电关联及其导热机理初探 |
7.1 中间相沥青基带状纤维的导热导电关系及其导热机理初探 |
7.1.1 中间相沥青基带状纤维热导率与电阻率的关联 |
7.1.2 中间相沥青基带状纤维热导率与微晶参数的关联 |
7.1.3 中间相沥青基带状纤维的导热机理初探 |
7.2 高导热 C/C 复合材料的导热导电关系及其导热机理初探 |
7.2.1 高导热 C/C 复合材料热导率与电阻率的关联 |
7.2.2 高导热 C/C 复合材料热导率与微晶参数的关联 |
7.2.3 高导热 C/C 复合材料的导热机理初探 |
7.2.4 高导热带状纤维及其 C/C 复合材料热导率的预测 |
7.3 高导热石墨材料的导热导电关系及其导热机理初探 |
7.3.1 高导热石墨材料热导率与电阻率的关联 |
7.3.2 高导热石墨材料热导率与微晶参数的关联 |
7.3.3 高导热石墨材料的导热机理初探 |
7.4 小结 |
第八章 论文总结 |
8.1 论文结论 |
8.2 本论文的创新之处 |
8.3 今后的工作建议 |
参考文献 |
攻读博士学位期间公开发表的论文和申请的专利 |
致谢 |
附件 |
详细摘要 |
(10)粘胶活性碳纤维分子和孔结构转变及功能性应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 活性碳纤维(ACF)简介 |
1.1.1 活性碳纤维的特点 |
1.1.2 活性碳纤维的起源和发展 |
1.2 活性碳纤维的现状及在我国的发展情况 |
1.3 活性碳纤维的制备工艺 |
1.3.1 原料 |
1.3.2 粘胶活性碳纤维制备工艺 |
1.3.2.1 预处理 |
1.3.2.2 裂解工艺 |
1.3.2.3 碳化工艺 |
1.3.2.4 活化工艺 |
1.4 活性碳纤维的基本理论研究 |
1.4.1 粘胶纤维碳化理论 |
1.4.2 活化机理 |
1.4.2.1 气体活化成孔机理 |
1.4.2.2 化学活化成孔机理 |
1.4.3 纤维物理结构、表面化学结构及孔结构 |
1.4.3.1 纤维物理结构 |
1.4.3.2 表面化学结构 |
1.4.3.3 表面孔结构 |
1.4.3.4 制备工艺对化学结构和孔结构的影响 |
1.5 孔的表征、吸附原理和吸附特性 |
1.5.1 孔的大小和形态 |
1.5.2 吸附的本质 |
1.5.3 吸附特性 |
1.5.4 孔的表征 |
1.5.4.1 BET法 |
1.5.4.2 t—法 |
1.5.4.3 BJH法孔径分布 |
1.5.4.4 其他方法 |
1.6 脱附再生 |
1.7 活性碳纤维的扩孔和改性 |
1.7.1 中孔活性碳纤维 |
1.7.2 活性碳纤维表面改性和孔结构控制 |
1.8 活性碳纤维的应用 |
1.8.1 溶剂回收 |
1.8.2 催化剂载体 |
1.8.3 饮用水净化/污水处理 |
1.8.4 香烟滤嘴 |
1.8.5 贵/重金属的富集分离 |
1.8.6 室内及环境空气净化 |
1.8.7 个人防护和医疗卫生用品 |
1.8.8 其它 |
1.9 本论文的意义、研究内容和研究方法 |
1.9.1 本论文的意义 |
1.9.2 本论文的研究内容及方法 |
1.9.2.1 催化和活化体系的评选和作用理论 |
1.9.2.2 在磷酸盐作用下纤维大分子的化学和物理结构转变 |
1.9.2.3 中孔、大孔ACF的研究和孔结构特征 |
1.9.2.4 制备新技术与评价 |
1.9.2.5 活性碳纤维对单组分和复合污染的吸附再生性能 |
1.9.2.6 光催化活性碳纤维研究 |
1.9.2.7 高强度ACF的制备及其作为高效电极材料的应用研究 |
参考文献 |
第二章 粘胶活性碳纤维的催化剂作用机理及其评选 |
2.1 引言 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 催化剂 |
2.2.2 试样准备 |
2.2.3 热失重分析(TGA/DTG) |
2.2.4 活性碳纤维的制备 |
2.2.5 得率的计算 |
2.2.6 比表面积(S_(BET))的测定 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 纯粘胶纤维的热分解和碳化 |
2.3.2 磷酸氢二铵(DAP)、磷酸二氢铵(ADP)的热分解作用 |
2.3.3 磷酸铵(AP)、磷酸(PA)的热分解作用 |
2.3.4 硫酸铵(AS)的热分解作用 |
2.3.5 分解峰的形态表征与得率预测 |
2.3.6 粘胶纤维的碳化及活化得率 |
2.4 小结 |
参考文献 |
第三章 DAP催化粘胶纤维的低温裂解和物化结构转变机理 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 原料 |
3.2.2 粘胶纤维的低温热处理(氧化) |
3.2.3 测试方法 |
3.2.3.1 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析 |
3.2.3.2 结晶结构(WAXS分析) |
3.2.3.3 元素分析 |
3.2.3.4 纤维直径测定 |
3.2.4 磷酸氢二铵的热失重 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 低温热处理(裂解)过程中纤维化学结构的变化 |
3.3.2 低温热处理过程中纤维结晶结构的变化 |
3.3.3 纤维直径的变化 |
3.3.4 纤维失重随热处理温度的变化 |
3.3.5 热处理过程中元素组成的变化 |
3.4 小结 |
参考文献 |
第四章 DAP催化粘胶纤维的碳化活化机理和表面孔结构研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 原料 |
4.2.2 催化剂 |
4.2.3 粘胶纤维的碳化和活化 |
4.2.4 测试方法 |
4.2.4.1 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析 |
4.2.4.2 结晶结构(WAXS)分析 |
4.2.4.3 纤维直径的测定 |
4.2.4.4 元素分析 |
4.2.4.5 纤维表面形貌 |
4.2.4.6 吸附等温线、孔径分布和比表面积(S_(BET))的测定 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 碳化和活化过程中分子结构的变化 |
4.3.2 结晶结构的变化 |
4.3.3 纤维直径的变化 |
4.3.4 纤维元素组成的变化 |
4.3.5 纤维表面形貌的变化 |
4.3.6 活性碳纤维(ACF)表面的微细结构 |
4.3.7 活性碳纤维的等温吸附和孔分布 |
4.4 小结 |
参考文献 |
第五章 中孔和大孔活性碳纤维的制备及孔结构研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.2.1 含TiO_2粘胶纤维的制备 |
5.2.2 中孔活性碳纤维(ACF)的制备 |
5.2.3 大孔活性碳纤维(ACF)的制备 |
5.2.4 孔结构的测定 |
5.2.5 ACF的表面形态和孔结构 |
5.2.6 微晶结构 |
5.2.7 对亚甲基蓝的吸附性能 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 中孔ACF的制备及孔结构 |
5.3.1.1 活化温度 |
5.3.1.2 活化时间 |
5.3.2 大孔ACF的制备及孔结构 |
5.3.2.1 不同活化温度下的孔结构 |
5.3.2.2 由粘胶初生纤维制备ACF的孔结构 |
5.3.2.3 由常规ACF二次活化扩孔的孔结构 |
5.3.2.4 孔径分布 |
5.3.3 活化条件对微晶结构的影响 |
5.3.4 不同孔径ACF的吸附能力 |
5.4 小结 |
参考文献 |
第六章 粘胶活性碳纤维低成本制备新技术 |
6.1 引言 |
6.2 实验方法 |
6.2.1 原料 |
6.2.2 催化剂 |
6.2.3 纤维浸渍率的测定 |
6.2.4 纤维收缩率 |
6.2.5 纤维的低温裂解(氧化)、碳化及活化得率 |
6.2.6 活性碳纤维(ACF)毡的制备 |
6.2.7 工艺路线 |
6.2.8 比表面积的测定 |
6.2.9 傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析 |
6.2.10 广角X衍射 |
6.2.11 孔径分布 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 碳化得率及收缩率 |
6.3.2 活化得率和比表面积 |
6.3.3 活化收缩率 |
6.3.4 综合指标——有效得率 |
6.3.5 红外光谱分析 |
6.3.6 两种工艺制备ACF的孔结构特征 |
6.3.7 两种工艺对ACF微晶结构的影响 |
6.4 小结 |
参考文献 |
第七章 活性碳纤维对单组分和复合有机污染物的吸附与再生研究 |
7.1 引言 |
7.2 实验方法 |
7.2.1 活性碳纤维 |
7.2.2 代表性低分子有机溶剂 |
7.2.3 对水汽及甲醛混合气体的吸附 |
7.2.4 吸附和测试方法 |
7.2.5 ACF的热再生 |
7.2.6 ACF对空气中甲醛的吸附和测量方法 |
7.2.7 对腈纶厂纺丝凝固浴中油类杂质的吸附与再生 |
7.3 结果与讨论 |
7.3.1 对低分子有机溶剂蒸气的吸附和再生后的二次吸附 |
7.3.2 对饱和水汽及与甲醛混合气体的吸附与自然解吸 |
7.3.3 ACF对空气中低浓度甲醛的吸附 |
7.3.4 ACF对复合有机物等油类杂质的吸附与再生 |
7.3.4.1 样品含油率 |
7.3.4.2 ACF用量 |
7.3.4.3 ACF吸附时间与吸油率的关系 |
7.3.4.4 温度与除油率的关系 |
7.3.4.5 脱附再生与二次吸附 |
7.4 小结 |
参考文献 |
第八章 活性碳纤维负载TiO_2光催化降解大分子污染物的研究 |
8.1 引言 |
8.2 实验方法 |
8.2.1 TiO_2负载 |
8.2.2 试样热处理 |
8.2.3 TiO_2结晶结构和形态结构分析 |
8.2.4 光催化装置 |
8.2.5 光催化降解 |
8.3 结果与讨论 |
8.3.1 热处理温度对二氧化钛晶型的影响 |
8.3.2 不同负载处理方式对TiO_2形态的影响 |
8.3.3 光催化降解性能 |
8.4 小结 |
参考文献 |
第九章 高性能活性碳纤维的制备及其电性能研究 |
9.1 引言 |
9.2 实验方法 |
9.2.1 原材料 |
9.2.2 制备工艺 |
9.2.3 大型试验 |
9.2.4 电性能测试 |
9.3 结果与讨论 |
9.3.1 活化工艺与ACF指标 |
9.3.2 电容器测试和性能指标 |
9.3.2.1 容量性能和放电效率 |
9.3.2.2 内阻和功率性能 |
9.3.2.3 漏电流和自放电性能 |
9.3.2.4 循环性能和高温性能 |
9.3.3 与国外产品的比较分析 |
9.3.3.1 纤维强度 |
9.3.3.2 纤维孔结构 |
9.4 小结 |
参考文献 |
第十章 总结和展望 |
附录:攻读博士学位期间发表的相关学术论文、专利 |
致谢 |
四、第五届全国新型炭材料学术研讨会纪要(论文参考文献)
- [1]钠离子电池硬炭负极材料和电极的研究[D]. 孙宁. 北京化工大学, 2019(06)
- [2]层状水滑石为模板的炭基材料的制备及其储能性能研究[D]. 石利泺. 北京化工大学, 2018(06)
- [3]高比能锂离子电容器的设计与电化学性能研究[D]. 张进. 天津工业大学, 2016(08)
- [4]第十二届全国新型炭材料学术研讨会顺利召开[J]. 宋燕,刘佳斌,刘燕珍. 新型炭材料, 2015(06)
- [5]含氧官能团对活性炭电极材料电化学性能的影响[D]. 王力. 河南理工大学, 2014(03)
- [6]第十一届全国新型炭材料学术研讨会顺利召开[J]. 宋燕,刘佳斌,刘燕珍. 新型炭材料, 2013(05)
- [7]高导热炭材料的制备研究[D]. 袁观明. 武汉科技大学, 2012(12)
- [8]第九届全国新型炭材料学术研讨会会议纪要[J]. 第九届全国新型炭材料学术研讨会秘书组. 新型炭材料, 2009(04)
- [9]王茂章研究员和他的研究活动[J]. 杨永岗,杨全红. 新型炭材料, 2009(04)
- [10]粘胶活性碳纤维分子和孔结构转变及功能性应用研究[D]. 曾凡龙. 东华大学, 2008(05)