无灰煤基活性炭孔结构调控及其电化学性能
发布时间：2021-02-18 07:58
双电层电容器（Electric Double Layer Capacitor,EDLC）是一种新型的储能装置,电极材料的性质决定双电层电容器储能性能。碳材料作电极材料时,其孔径分布、比表面积、表面官能团是影响其电化学性能的三大主要因素。以无灰煤为原料,分别通过KOH活化法、CO2活化法、CO2-KOH联合活化法三种活化方法制备无灰煤基活性炭,并通过N2等温吸附脱附法、XRD、FT-IR、SEM等手段,对其结构进行表征。通过对比三种活化方法所制备的活性炭各性质参数,分析了孔结构的衍化规律,同时提出孔径在0.5～1.5 nm范围的孔对电化学性能提高有重要作用。研究发现,孔结构衍化过程与微晶结构变化有较大关系。初反应时,活化过程表现为无规则碳的烧失,同时微晶单元参与反应,片层明显减小,主要形成0.5nm以下的微孔,以开孔作用为主。随反应的加深,KOH刻蚀微晶结构加剧,以扩孔作用为主,>0.5 nm的孔比例增大,同时发展超微孔和中孔。在CO2-KOH联合作用下,可调控出微孔集中分布在0.4～0.6 n...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1双电层电容器工作原理
华北理工大学硕士学位论文-12-002aγ002AfAA（6）0.3440002g0.34400.3354d（7）式中：λ—X射线波长；k—形状因子，其中k1=1.84，k2=0.94；Aγ—γ峰面积；A002表示002峰面积；0.3354—石墨的d002为。2.2工艺路线图实验的工艺路线图如图2所示。图2实验方案流程图Fig.2Theflowchartofexperimentalscheme2.3实验原料及药品采用内蒙古褐煤为基础原煤，煤质分析方法见表1，褐煤及褐煤基无灰煤
华北理工大学硕士学位论文-16-是当比表面积过大时，其微孔也相应增加，而小于电解液离子的孔不利于电解液离子的进出，导致比表面利用率低，因此比电容的大小不仅与比表面积有关，孔径分布对比电容也有很大影响[65]。图5活化温度对HAC的比表面积、收率和比电容的影响Fig.5EffectofactivationtemperatureonspecificsurfaceareayieldandspecificcapacitanceofHAC有研究[13]表明，在KOH电解液中，当孔径大小是K+直径的2~4倍时最有利于双电层的形成，提高电解液离子进出孔道的速度，而K+直径的2~4倍为0.52~1.04nm，考虑电解液离子进出孔道的难易程度以及活性炭材料的树枝状孔道不规则分布，因此分析0.5~1.5nm孔径分布范围对电化学性能的影响是有必要的。不同活化温度下HAC的孔隙结构特征及电化学参数见表5。表5不同活化温度下制备的HAC的孔隙结构特征及电化学参数Table5PorestructurecharacteristicsandelectrochemistryparametersofHACpreparedatdifferenceactivationtemperature样品SBET（m2/g）SBET（0.5~1.5nm）（m2/g）SBET（1.5~2.0nm）（m2/g）SBET（>2.0nm）（m2/g）比电容（F/g）能量密度（Wh/kg）HAC-T-600oC843.9324.217.478.8202.918.3HAC-T-650oC1332.3938.470.1112.0258.223.3HAC-T-700oC1348.4559.3100.0132.3164.014.8注：SBET-总比表面积；SBET(0.5~1.5nm)-孔径在0.5~1.5nm范围内的比表面积；SBET(1.5~2.0nm)-孔径在1.5~2.0nm范围内的比表面积；SBET(>2.0nm)-孔径>2.0nm范围内的比表面积。从表5中可看出，比电容随着SBET（0.5~1.5nm）的增加而增加，当温度达到700oC，SBET虽然增加，但是SBET（0.5~1.5nm）减小，且比电容相应减小，这充分说明对于HAC系列碳材料，提高0.5~1.5nm的
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于超级电容器的煤基活性炭电极材料的研究进展[J]. 杨芳,刘晨,杨绍斌,董伟. 硅酸盐学报. 2019(10)
[2]电解质离子尺寸对超级电容器电化学性能的影响[J]. 武长城,吴宝军,段建,时志强. 天津工业大学学报. 2019(01)
[3]微波法无灰煤基活性炭制备及其电化学性能研究[J]. 许立军,樊丽华,侯彩霞,梁英华,刘俊科. 煤炭科学技术. 2018(11)
[4]萃取温度对无灰煤结构及煤基活性炭电化学性能的影响[J]. 郭秉霖,侯彩霞,樊丽华,孙章. 无机化学学报. 2018(09)
[5]锂离子超级电容器电极材料研究进展[J]. 刘云鹏,李雪,韩颖慧,李乐,齐小涵,宋利黎. 高电压技术. 2018(04)
[6]三维有序大孔炭材料制备与结构表征[J]. 孙慧,赵东风,郑经堂,李石. 炭素. 2018(01)
[7]石墨质多孔炭在不同电解液中的电化学性能研究[J]. 叶灵,黄正宏,沈万慈,吕瑞涛,康飞宇,杨全红. 新型炭材料. 2018(01)
[8]基于活化过程碳烧失特性的孔结构发展机制[J]. 朱玉雯,李浩宇,刘冬冬,高继慧,刘汉桥. 煤炭学报. 2017(12)
[9]超级电容器用煤基活性炭研究[J]. 侯彩霞,孔碧华,樊丽华,郭秉霖,许立军. 洁净煤技术. 2017(05)
[10]物理化学两步活化法制备煤基活性炭电极材料[J]. 岳晓明,吴雅俊,张双全,朱俊生,袁翠翠,戴斯星. 中国矿业大学学报. 2017(04)
硕士论文
[1]CO2活化法制备煤基微孔活性炭的研究[D]. 袁翠翠.中国矿业大学 2016
[2]生物质超高孔容中孔活性炭及活性炭纤维的制备[D]. 杨欣.西北农林科技大学 2014
[3]炭基三维有序大孔材料的制备、表征及电化学性能研究[D]. 米君华.辽宁师范大学 2013
本文编号：3039277
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1双电层电容器工作原理
华北理工大学硕士学位论文-12-002aγ002AfAA（6）0.3440002g0.34400.3354d（7）式中：λ—X射线波长；k—形状因子，其中k1=1.84，k2=0.94；Aγ—γ峰面积；A002表示002峰面积；0.3354—石墨的d002为。2.2工艺路线图实验的工艺路线图如图2所示。图2实验方案流程图Fig.2Theflowchartofexperimentalscheme2.3实验原料及药品采用内蒙古褐煤为基础原煤，煤质分析方法见表1，褐煤及褐煤基无灰煤
华北理工大学硕士学位论文-16-是当比表面积过大时，其微孔也相应增加，而小于电解液离子的孔不利于电解液离子的进出，导致比表面利用率低，因此比电容的大小不仅与比表面积有关，孔径分布对比电容也有很大影响[65]。图5活化温度对HAC的比表面积、收率和比电容的影响Fig.5EffectofactivationtemperatureonspecificsurfaceareayieldandspecificcapacitanceofHAC有研究[13]表明，在KOH电解液中，当孔径大小是K+直径的2~4倍时最有利于双电层的形成，提高电解液离子进出孔道的速度，而K+直径的2~4倍为0.52~1.04nm，考虑电解液离子进出孔道的难易程度以及活性炭材料的树枝状孔道不规则分布，因此分析0.5~1.5nm孔径分布范围对电化学性能的影响是有必要的。不同活化温度下HAC的孔隙结构特征及电化学参数见表5。表5不同活化温度下制备的HAC的孔隙结构特征及电化学参数Table5PorestructurecharacteristicsandelectrochemistryparametersofHACpreparedatdifferenceactivationtemperature样品SBET（m2/g）SBET（0.5~1.5nm）（m2/g）SBET（1.5~2.0nm）（m2/g）SBET（>2.0nm）（m2/g）比电容（F/g）能量密度（Wh/kg）HAC-T-600oC843.9324.217.478.8202.918.3HAC-T-650oC1332.3938.470.1112.0258.223.3HAC-T-700oC1348.4559.3100.0132.3164.014.8注：SBET-总比表面积；SBET(0.5~1.5nm)-孔径在0.5~1.5nm范围内的比表面积；SBET(1.5~2.0nm)-孔径在1.5~2.0nm范围内的比表面积；SBET(>2.0nm)-孔径>2.0nm范围内的比表面积。从表5中可看出，比电容随着SBET（0.5~1.5nm）的增加而增加，当温度达到700oC，SBET虽然增加，但是SBET（0.5~1.5nm）减小，且比电容相应减小，这充分说明对于HAC系列碳材料，提高0.5~1.5nm的
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于超级电容器的煤基活性炭电极材料的研究进展[J]. 杨芳,刘晨,杨绍斌,董伟. 硅酸盐学报. 2019(10)
[2]电解质离子尺寸对超级电容器电化学性能的影响[J]. 武长城,吴宝军,段建,时志强. 天津工业大学学报. 2019(01)
[3]微波法无灰煤基活性炭制备及其电化学性能研究[J]. 许立军,樊丽华,侯彩霞,梁英华,刘俊科. 煤炭科学技术. 2018(11)
[4]萃取温度对无灰煤结构及煤基活性炭电化学性能的影响[J]. 郭秉霖,侯彩霞,樊丽华,孙章. 无机化学学报. 2018(09)
[5]锂离子超级电容器电极材料研究进展[J]. 刘云鹏,李雪,韩颖慧,李乐,齐小涵,宋利黎. 高电压技术. 2018(04)
[6]三维有序大孔炭材料制备与结构表征[J]. 孙慧,赵东风,郑经堂,李石. 炭素. 2018(01)
[7]石墨质多孔炭在不同电解液中的电化学性能研究[J]. 叶灵,黄正宏,沈万慈,吕瑞涛,康飞宇,杨全红. 新型炭材料. 2018(01)
[8]基于活化过程碳烧失特性的孔结构发展机制[J]. 朱玉雯,李浩宇,刘冬冬,高继慧,刘汉桥. 煤炭学报. 2017(12)
[9]超级电容器用煤基活性炭研究[J]. 侯彩霞,孔碧华,樊丽华,郭秉霖,许立军. 洁净煤技术. 2017(05)
[10]物理化学两步活化法制备煤基活性炭电极材料[J]. 岳晓明,吴雅俊,张双全,朱俊生,袁翠翠,戴斯星. 中国矿业大学学报. 2017(04)
硕士论文
[1]CO2活化法制备煤基微孔活性炭的研究[D]. 袁翠翠.中国矿业大学 2016
[2]生物质超高孔容中孔活性炭及活性炭纤维的制备[D]. 杨欣.西北农林科技大学 2014
[3]炭基三维有序大孔材料的制备、表征及电化学性能研究[D]. 米君华.辽宁师范大学 2013
本文编号：3039277
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