棕榈壳半纤维素提取及其活性炭用于锂硫电池

发布时间：2017-11-18 16:21

  本文关键词：棕榈壳半纤维素提取及其活性炭用于锂硫电池

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【摘要】：环境污染和能源欠缺是目前人们面临的两大主要问题,废弃生物质资源化利用作为一种可持续清洁能源能研究开发有助于逐渐缓解日益严重的能源和环境危机。生物质来源广泛,属于可再生资源,亟待开发和利用,而锂硫电池具有低成本、环境友好和高能量密度等特点,本文以碳基硫复合材料在Li-S电池中的应用为背景,从废弃生物质资源化利用的角度出发,研制出利用提取出了半纤维素的椰壳渣及油棕壳制备出的生物质基碳材料,研究了其与硫复合的正极材料在Li-S电池中的应用,为开发制备成本低廉、绿色高效、可规模化生产的高性能硫正极材料提供思路。 本文首先以椰壳为原料,采用了以KOH作为碱的碱性过氧化氢法对抽提椰壳半纤维素进行了正交实验,并通过单因素实验对抽提工艺进行了进一步的优化,所得最佳的抽提工艺参数为：pH为12.5、0.05%的MgSO4、8%的H202于80℃下浸提4h,半纤维素的实际得率为28%～30%。再以FI-IR、TG-DSC、GPC、XRD等手段对组分进行表征分析。为进一步研究热带废弃生物质的开发利用,本文利用以椰壳渣和油棕为原料,通过碱活化法制得椰壳渣活性炭(CSRAC)和油棕管胞活性碳(HPHCMs),并将其分别与硫单质复合,制成锂硫电池正极材料,研究探讨活性炭制备工艺参数及活性炭的形貌、比表面积和孔结构等因素对锂硫电池的性能的影响。 实验的结果表明,椰壳渣活性炭的最佳工艺条件为：在氮气下,以10℃/min的速率升温,在550℃下碳化2h得到椰壳渣基碳,以KOH为活化剂,碱碳比为3,在500℃预活化1h,再升温至700℃活化2h,即得到BET值为2791m2g-1且含丰富微孔多孔椰壳渣活性炭,以其S/CSRAC复合物为锂硫正极材料所得初始放电比容量为1088mAhg-1,100次循环后的容量保持率为88.2%,且库伦效率维持在98%左右。 油棕管胞为中空球形结构,壁上含有天然大通孔,管胞尺寸约为20-50μm,通过HNO3-CrO3法解离、碳化、活化后,其形貌尺寸都无明显的变化。本文首次提出将其制备为中空碳球应用于锂硫电池正极碳材料,其最佳工艺条件为：在氮气下以10℃/min的速率升温,在400℃碳化2h得到油棕管胞基碳,再以KOH/KCO3为活化剂,碱碳比为1:1:1,在400℃预活化1.5h,再升温至800℃活化1h,即得到BET值为1450m2/g并含一定介孔和微孔的中空分级多孔碳球HPHCMs,以其S/HPHCMs复合材料为锂硫正极材料所得初始放电比容量为1105mAhg-1,100次循环后的比容量保持率为73.9%,与管胞基碳相比,性能得到很大提升。两种碳材料在负载硫后,其比表面积和孔容均有较大幅度下降,由此表明,所制备的锂硫电池的电化学性能与活性炭的结构密切相关。
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ127.1;TM912

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本文编号：1200398