油菜壳碳纳米结构调控及其电化学性能研究

发布时间：2018-01-04 16:45

  本文关键词：油菜壳碳纳米结构调控及其电化学性能研究　出处：《陕西科技大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：发展生物资源利用技术,以可再生的生物质资源替代不可再生的化石燃料资源生产热量和化学产品是节约能源和改善环境的有效方式。可再生的生物质具有资源丰富,经济环保的特点,受到大家的关注。生物质的高含碳量,独特三维结构以及可再生的特点,用来制备生物碳材料作为锂离子电池的负电极成为研究热点。即使锂离子电池的技术已经比较成熟,仍然存在着安全性,寿命,低温性能差以及成本高等问题。钠离子和锂离子相似的化学性质,使钠离子完全有可能构造一种类似于锂离子电池的二次电池,因为钠资源丰富、成本低、比能量高、安全性能好而受到研究者越来越多的注意,但是负极材料是钠离子电池开发的难点。在此背景下,本论文主要研究了以油菜壳生物质为原料,采用水热碳化-热解、一步热解控制碳材料的结构,制备碳纳米材料,研究材料的电化学性能。主要研究内容如下:以不同酸(H_3PO_4,H_2SO_4,HCl,HNO3)为溶剂,通过水热碳化-热解两步法制备出球状,颗粒自组装的片状,含有颗粒的片状结构碳材料。以硝酸为溶剂制备的含有颗粒的片状结构碳材料具有较好的电化学性能,通过对酸浓度和热解温度进一步调控,研究发现当原料在10 wt%浓度的硝酸溶液中180℃水热24 h,经700℃热解得到的含有纳米颗粒的多孔纳米片,具有最优的电化学性能。(100 mA g~(-1)电流密度循环200圈后比容量维持在143 mAh g~(-1))以碱性氢氧化物(KOH)为活化剂,水热碳化-热解两步法制备出片状多孔的生物碳电极材料。生物碳纳米材料对水热时间和水热温度均比较敏感,水热时间延长,产物石墨化程度提高,片状表面褶皱增多。水热温度从120℃上升到170℃,片状产物的表面的褶皱逐渐变得光滑。油菜壳生物质170℃水热碳化12 h得到的疏松堆积具有一定石墨化程度的片状结构产物具有较好的电化学性能(400圈后容量维持在139.8 mAh g~(-1))和优异的倍率性能(500 mA g~(-1)电流密度下比容量维持在120.4 mAh g~(-1))。以KOH为活化剂,惰性气氛下研究一步碱活化制备多孔网状碳电极材料的研究中发现,热解温度升高,碳材料的形貌由最初的片状结构转变为三维的骨架碳,温度进一步升高至1000℃,出现了表面长有纳米薄片的碳骨架。这种纳米级薄片的存在的碳骨架作为锂离子电池负极,其电化学性能为458 mAh g~(-1),对钠离子电池的电化学性能却没有明显改善,100 mA g~(-1)电流密度下的比容量仅有77.3 mAh g~(-1)。
[Abstract]:In this paper , we have studied the chemical properties of carbon materials , such as high carbon content , low cost , poor low temperature performance and high cost . The porous carbon electrode material was prepared by using KOH as activating agent and hydrothermal carbonization - pyrolysis . The results showed that the temperature of the carbon material increased from 120 鈩，

本文编号：1379264