中间相沥青基多孔炭的制备及其储能特性的研究

来源 :武汉科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxi0504
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
锂离子电池(LIBs)作为最常用的化学能和电能的转换装置,已广泛用于信息技术、电动汽车、航空航天等领域。其具有能量密度大、循环寿命长、体积小、重量轻、记忆效应少、污染小等特点,被认为是未来电力储存最有效的途径之一。为了满足当前的市场需求,开发具有更高的容量,更长的循环耐久性和更好的倍率性能的先进电极材料受到广泛关注。传统的石墨电极能量和功率密度较低、安全性能不高,难以满足新一代电能存储/转化设备的要求。而多孔炭材料具有比表面大、孔径均一可调、离子和电子扩散路径短、化学性质稳定等优点,已成为电化学储能领域的研究热点之一,在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等与能源储存和转化相关的电化学领域占据了重要地位。为了提高锂离子电池能量密度和倍率性能,本论文旨在合成一种具备锂离子脱/嵌储能功能的多孔炭材料。以中间相沥青(MP)为碳源,通过SiO2模板法、CaCO3模板法以及SiO2模板协同KOH活化法成功制备出一系列中间相沥青基多孔炭材料。采用XRD、SEM、TEM、Raman、N2吸/脱附法等方法对多孔炭材料的结构和形貌进行表征。将所制备的多孔炭材料作为锂离子电池负极材料,通过恒流充放电、倍率测试、循环伏安特性(CV)、交流阻抗(EIS)等测试方法对多孔炭材料的电化学性能进行测试和表征。主要研究结果为:(1)以纳米SiO2为模板,MP为碳源,成功制备了中间相沥青基多孔炭材料。该材料结构疏松,分散性良好,孔径集中在18nm左右,高温热处理产生扩孔作用。所制备的多孔炭材料具有介孔及片层结构和石墨化微晶结构特征,在倍率性能方面表现突出。2400oC热处理SiO2质量分数为10%制备的多孔炭(A-10-2400)样品在1C电流密度下循环100次的可逆容量保持为247.5m Ah g-1,并且在循环过程中具有稳定的放电容量。层状多孔结构和石墨化微晶碳域有助于缩短扩散距离并降低扩散阻力,从而促进电解质和Li+在材料中的快速扩散,并提高材料表面的有效利用率。(2)以CaCO3为模板,MP为碳源,也成功制备了中间相沥青基多孔炭材料。随着热处理温度的升高,多孔炭样品的有序度增强,石墨化程度增大。孔径分布较宽,孔径主要为15nm、35nm和50nm的介孔,含有少量大孔。放电比容量随热处理温度的升高先减小后增大,900oC热处理CaCO3质量分数为60%制备的多孔炭(B-60-900)样品在0.1C电流密度下循环100次的可逆容量为374.2m Ah g-1,容量保持率约为100%。随着CaCO3模板含量的增加,多孔炭样品的比表面积和孔体积先增后减,B-70-900达到最大,分别为112.33m2 g-1和0.729cm3 g-1,具有大的首次可逆比容量(428.4m Ah g-1)。通过改变CaCO3模板含量能够有效调节多孔炭材料的孔结构,从而优化其电化学性能。(3)采用SiO2模板协同KOH活化法成功制备了具有微孔和介孔的分层次多孔炭(HPC)材料,其中微孔和介孔含量可通过SiO2/MP质量比获得有效调控,随着SiO2含量的增加,MP反应活性增强,1-2nm的微孔、2-3nm和15-30nm的介孔含量逐渐提高,比表面积和总孔体积可分别达到909.31m2 g-1和1.068cm3 g-1。(4)将HPC材料用作锂离子电池负极材料时,它表现出高可逆容量和优异的倍率性能。其层状结构和丰富的微孔和介孔结构可作为储锂活性位提高储锂容量,并有利于促进锂离子的快速迁移,从而赋予其良好的电化学性能。随SiO2含量的增加,HPC的储锂容量和倍率性能呈现先增后减的趋势,900oC热处理SiO2质量分数为30%制备的多孔炭(HPC-30)样品在0.1C电流密度下循环100次的可逆容量为656.4m Ah g-1。通过1200oC高温热处理,有效地提高了HPC电极的循环稳定性和耐大电流充放电的倍率性能。
其他文献
【目的】1)研究嘌呤受体在低分化鼻咽癌细胞(CNE-2Z)背景氯通道活动中的作用,探讨背景氯通道激活的P2Y嘌呤受体信号转导途径;2)研究背景氯通道在CNE-2Z细胞基础容积调节中的
后人类时代是人与机器共生的时代。人与机器(特别是计算机)的类比大大丰富了人类对记忆本质和特征的认识,为科幻电影相关创意提供了灵感。在相关影片中,人类记忆可以像机器记
目的探讨品管圈提高住院药房盘点账相符物率的效果。方法运用品管圈方法,进行现状调查,原因分析,目标设定,解析,对策制定并组织实施,最后确认效果。结果开展品管圈活动后,住
目的探讨血清CA15-3与非小细胞肺癌(NSCLC)临床病理特征之间的关系,及观察血清CA15-3在NSCLC患者手术前后的动态变化,并联合血清CYFRA2-11、CEA以帮助临床上对术后肺癌是否存
收集近30年来日源新词中63个具有代表性的词汇,并对这些词汇在《人民日报》电子版2017年全年社会版和文化版文本中的使用情况进行了考察。同时,对出现在该报刊中的词汇进行认
剖析根据同一篇<陆判>改编的4个戏曲传统剧目以及2个新编的戏曲剧目,就会发现改编者的艺术构思的起点是不一样的.然而,无论改编者把原篇中的哪个事件作为改编之作的中心事件,
原发性肝癌是我国常见恶性肿瘤之一,居我国癌症发病率的第二位,每年约有13万人死于肝癌。近些年来其发病率和死亡率有逐年升高的趋势。由于其具有侵袭性强、易复发、转移等生
本文简要介绍了清水河大桥病害产生的原因和对该桥的检测,重点论述“粘贴钢板”法在该桥加固中的应用以及具体施工工艺,并对粘贴异形钢板和外包钢板进行论述,通过对该桥的内
随着社会经济的不断发展,公安机关在案件侦破过程中,经济犯罪案件所占比重较大且呈现出上升趋势,同时由于影响经济犯罪涉案人员涉案因素的增加,对经济犯罪案件分析的经验决策性增强,导致经济犯罪预警的难度较大,经济犯罪案件的预防和侦破效率较低。针对此问题,本文提出了基于数据挖掘的经济犯罪预警方法。首先,针对预警目标分析经济犯罪案件的历史数据,对经济犯罪数据进行数据初步处理,利用有效影响因素筛选方法中的最大信
随着我国社会生产发展的不断进步,我国工业水平的不断进步,工业对环境的污染也越来越严重,由此引起了大家的重视,要在工业生产中运用到清洁生产技术,从而保护环境,实现可持续