钾基活化制备低阶煤基多孔碳及超级电容储能特性研究
发布时间：2021-03-06 13:47
高功率储能技术的研发与创新可确保我国能源供应结构调整的顺利进行;超级电容器工作过程中电解质离子在电极表面发生吸附,相比于电池的体相反应,能够大大提升储电的速率及功率。超级电容碳基电极材料是超级电容的关键组成,其活性与稳定性的协同优化是提升超级电容多元性能指标（能量密度、功率密度、循环寿命）的关键。我国煤炭储量丰富、价廉易得,微观上是由芳香结构、脂肪结构桥接组成的复杂碳基大分子,是理想的碳基前驱体;为发展高比表面积,KOH化学活化是制备多孔碳电极材料目前最主要方法。然而,传统的KOH化学活化工艺为确保活化造孔效果,活化剂KOH用量较大（常常为碳源质量的3～4倍）、成本高、易导致环境污染等问题;此外,在致力于发展孔隙的同时,多孔碳的微晶结构常常没有得到关注。针对上述问题,本文旨在实现煤基多孔碳孔隙与微晶的结构调控,针对传统KOH活化工艺进行改进,提出了低阶煤碱氧预氧化以及钾/铁协同活化的方法,通过与传统KOH活化工艺进行对比,研究了上述方法对低阶煤基多孔碳孔隙结构及微晶特征的影响并考察了超级电容特性。本文首先以低阶煤宝日席勒褐煤为碳质前驱体,基于碱氧预氧化工艺制备了多孔碳,并采用N
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电极表面存在离子浓度梯度[8]
芑?恚??涓叨瓤赡娴姆从Χ?ρ?形?从钟氲缛萜餍形??相似，因此称为赝电容。赝电容储能机理又可细分为：（1）欠电位沉积赝电容（UPPSCs），即金属离子在另一种金属表面形成吸附单层，主要是由于沉积物种之间的相互影响小于沉积物种与基底的影响力[10]所产生；（2）氧化还原赝电容（RPSCs），离子被吸附到电极材料表面或体相时伴随有快速可逆的氧化还原反应[11]导致，且电极材料的晶型在反应前后保持一致；（3）插层赝电容（IPSCs），离子嵌入到材料层间或孔隙中伴随有法拉第电荷转移，但该过程不涉及材料的相转变。图1-3电池、双电层电容、赝电容之间的关系[12]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-比电容和更稳定的循环性能。总结来说，影响碳材料作为超级电容电极材料实际性能的因素可归为两个方面：（1）孔隙结构。一方面比表面积大意味着活性吸附面积更多，有利于增大材料比电容，因此需尽量增大微孔所占比例。但同时，介孔结构能提供分子或离子扩散的途径，增强电荷传输速度，为达到最佳储能性能，孔隙结构应合理，在比表面积较大的同时仍具有发达的介孔结构提高离子传输能力。图1-4多孔碳作为电极材料对孔隙与微晶结构均有要求（2）微晶结构。发达的微晶结构可提高电子在碳材料内部的传输速率，展现出大可逆比容量和优异的循环性能，同时增强材料电化学稳定性，避免材料结构在长期循环过程中损坏。因此，如何在造孔的同时使碳结构合理转化是提高碳材料能量密度的关键。1.3煤基电容碳制备技术研究进展1.3.1碳基电极材料研究现状超级电容可选用作电极材料的碳材料一般有碳纳米管、碳纤维、石墨烯、活性炭等，由于制备其他形式微观结构需对原料进行深入调控，而活性炭具有比表面积高、孔结构可调、价格较低等优势，因此实际使用的碳基超级电容电极材料主要是由各式原料制备出的多孔活性炭，包括：沥青、石油及其衍生物、高分子原料、坚果壳、木业边角料等生物质等[22]。2003年Guo[23]等人利用谷壳热处理获得了生物质活性炭，在3molL-1的水
【参考文献】：
期刊论文
[1]电网侧电化学储能调度运行及其关键技术[J]. 栗峰,郝雨辰,周昶,江星星,胡哲,秦福欣. 供用电. 2020(06)
[2]电化学储能在发电侧的应用[J]. 张文建,崔青汝,李志强,余康. 储能科学与技术. 2020(01)
[3]积极备战 迎接储能的规模化发展[J]. 张静. 电力设备管理. 2019(07)
[4]储能行业有待建立合理市场机制[J]. 佚名. 新能源经贸观察. 2018(12)
[5]褐煤选择性氧化制羧基化学品[J]. 杨帆,侯玉翠,任树行,吴卫泽. 中国科学:化学. 2018(06)
[6]基于超级电容的混合储能器件研究现状及展望[J]. 黄士飞,帖炟,佟琦,赵玉峰. 自然杂志. 2017(04)
[7]我国如何实现高比例可再生能源?[J]. 曹仁贤. 风能. 2016(09)
[8]超级电容器电极材料的研究进展[J]. 陈雷,马千里,张克金,魏晓川. 汽车工艺与材料. 2016(04)
[9]煤炭控制性氧化反应研究进展[J]. 吴桐,张湘凤,刘逸飞,张洋,高源. 煤炭技术. 2015(12)
[10]储能技术在电力系统中的应用[J]. 张文亮,丘明,来小康. 电网技术. 2008(07)
博士论文
[1]煤基石墨烯的制备、修饰及应用研究[D]. 张亚婷.西安科技大学 2015
[2]超级电容器用低阶煤基活性炭的制备及电化学性能研究[D]. 邢宝林.河南理工大学 2011
[3]碱活化法制备石油焦基活性炭及活化机理研究[D]. 卢春兰.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]基于碳布柔性超级电容器负极材料的设计与制备[D]. 周帅.南昌航空大学 2019
[2]分级结构材料的制备及其在储能器件中的应用[D]. 张英歌.信阳师范学院 2019
[3]三维碳纳米管/碳纳米纤维复合结构的KOH活化及储能机理研究[D]. 杨振宇.兰州大学 2019
[4]碳材料催化石墨化研究[D]. 徐世海.湖南大学 2010
[5]铁合金及其化合物镀层对PAN基炭纤维催化石墨化研究[D]. 彭奇龄.湖南大学 2009
本文编号：3067216
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电极表面存在离子浓度梯度[8]
芑?恚??涓叨瓤赡娴姆从Χ?ρ?形?从钟氲缛萜餍形??相似，因此称为赝电容。赝电容储能机理又可细分为：（1）欠电位沉积赝电容（UPPSCs），即金属离子在另一种金属表面形成吸附单层，主要是由于沉积物种之间的相互影响小于沉积物种与基底的影响力[10]所产生；（2）氧化还原赝电容（RPSCs），离子被吸附到电极材料表面或体相时伴随有快速可逆的氧化还原反应[11]导致，且电极材料的晶型在反应前后保持一致；（3）插层赝电容（IPSCs），离子嵌入到材料层间或孔隙中伴随有法拉第电荷转移，但该过程不涉及材料的相转变。图1-3电池、双电层电容、赝电容之间的关系[12]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-比电容和更稳定的循环性能。总结来说，影响碳材料作为超级电容电极材料实际性能的因素可归为两个方面：（1）孔隙结构。一方面比表面积大意味着活性吸附面积更多，有利于增大材料比电容，因此需尽量增大微孔所占比例。但同时，介孔结构能提供分子或离子扩散的途径，增强电荷传输速度，为达到最佳储能性能，孔隙结构应合理，在比表面积较大的同时仍具有发达的介孔结构提高离子传输能力。图1-4多孔碳作为电极材料对孔隙与微晶结构均有要求（2）微晶结构。发达的微晶结构可提高电子在碳材料内部的传输速率，展现出大可逆比容量和优异的循环性能，同时增强材料电化学稳定性，避免材料结构在长期循环过程中损坏。因此，如何在造孔的同时使碳结构合理转化是提高碳材料能量密度的关键。1.3煤基电容碳制备技术研究进展1.3.1碳基电极材料研究现状超级电容可选用作电极材料的碳材料一般有碳纳米管、碳纤维、石墨烯、活性炭等，由于制备其他形式微观结构需对原料进行深入调控，而活性炭具有比表面积高、孔结构可调、价格较低等优势，因此实际使用的碳基超级电容电极材料主要是由各式原料制备出的多孔活性炭，包括：沥青、石油及其衍生物、高分子原料、坚果壳、木业边角料等生物质等[22]。2003年Guo[23]等人利用谷壳热处理获得了生物质活性炭，在3molL-1的水
【参考文献】：
期刊论文
[1]电网侧电化学储能调度运行及其关键技术[J]. 栗峰,郝雨辰,周昶,江星星,胡哲,秦福欣. 供用电. 2020(06)
[2]电化学储能在发电侧的应用[J]. 张文建,崔青汝,李志强,余康. 储能科学与技术. 2020(01)
[3]积极备战 迎接储能的规模化发展[J]. 张静. 电力设备管理. 2019(07)
[4]储能行业有待建立合理市场机制[J]. 佚名. 新能源经贸观察. 2018(12)
[5]褐煤选择性氧化制羧基化学品[J]. 杨帆,侯玉翠,任树行,吴卫泽. 中国科学:化学. 2018(06)
[6]基于超级电容的混合储能器件研究现状及展望[J]. 黄士飞,帖炟,佟琦,赵玉峰. 自然杂志. 2017(04)
[7]我国如何实现高比例可再生能源?[J]. 曹仁贤. 风能. 2016(09)
[8]超级电容器电极材料的研究进展[J]. 陈雷,马千里,张克金,魏晓川. 汽车工艺与材料. 2016(04)
[9]煤炭控制性氧化反应研究进展[J]. 吴桐,张湘凤,刘逸飞,张洋,高源. 煤炭技术. 2015(12)
[10]储能技术在电力系统中的应用[J]. 张文亮,丘明,来小康. 电网技术. 2008(07)
博士论文
[1]煤基石墨烯的制备、修饰及应用研究[D]. 张亚婷.西安科技大学 2015
[2]超级电容器用低阶煤基活性炭的制备及电化学性能研究[D]. 邢宝林.河南理工大学 2011
[3]碱活化法制备石油焦基活性炭及活化机理研究[D]. 卢春兰.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]基于碳布柔性超级电容器负极材料的设计与制备[D]. 周帅.南昌航空大学 2019
[2]分级结构材料的制备及其在储能器件中的应用[D]. 张英歌.信阳师范学院 2019
[3]三维碳纳米管/碳纳米纤维复合结构的KOH活化及储能机理研究[D]. 杨振宇.兰州大学 2019
[4]碳材料催化石墨化研究[D]. 徐世海.湖南大学 2010
[5]铁合金及其化合物镀层对PAN基炭纤维催化石墨化研究[D]. 彭奇龄.湖南大学 2009
本文编号：3067216
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