当前位置:主页 > 科技论文 > 化工论文 >

沥青基中空碳球的制备、改性及电化学性能研究

发布时间:2018-05-04 01:10

  本文选题:沥青 + 中空碳球 ; 参考:《新疆大学》2015年硕士论文


【摘要】:随着环境污染日益加重和化石能源逐步枯竭,清洁能源得以快速发展而要实现清洁能源的有效利用,关键还是开发电能存储系统。碳材料在能源储存与转化系统中起着非常重要的作用,在众多碳材料中,中空碳球因其独特的形貌、低密度、大的空腔体积、良好的导电性和卓越的热稳定性,被广泛的应用于能源储存领域中。目前制备中空碳球主要采用的是模板法,碳源主要包括气态碳源和固态碳源。石油沥青作为富碳碳源,已经成功制备出碳球、碳纳米管、碳纤维,而制备中空碳球却鲜有报道。本文采用二氧化硅球作为模板,石油沥青为碳源,通过化学气相沉积法成功制备出了中空碳球,并对中空碳球进行了表面修饰,考察了其在锂离子电池和锂硫电池的应用。1、首先成功的制备出了大小均一,单分散的二氧化硅纳米球,并利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和正硅酸乙酯(TEOS)对其进行了修饰,从而进一步得到了具有核壳结构的SiO2@m-SiO2/CTAB球(壳由SiO2和CTAB组成)。随后以该核壳结构的二氧化硅纳米球为模板,以石油沥青为碳源,通过气相沉积法制备出中空结构的碳球。同时考察了不同比例的CTAB和TEOS对二氧化硅纳米球修饰的影响,可以改变SiO2@m-SiO2/CTAB球壳的厚度进而实现了对中空碳球壁厚的调控。2、在碳球的成长过程中,引入氮源乙腈,经过沥青和乙腈的共同热解沉积后,得到了一种石墨化碳层包覆无序碳的特殊壳的中空碳球,并利用硝酸蒸气对其表面进一步改性。将其作为锂离子负极材料时,样品在500 mA g-1电流密度下循环250圈后比容量依然保持在616 mAh g-1,表现出了优越的电化学性能。3、锂硫电池作为目前能量密度较高的正极材料体系,因其在充电过程中存在“穿梭效应”而限制了其商业化应用。中空碳球因导电性好、内腔体积大、多孔性等优点是作为限制“聚硫离子”的良好材料。本章通过对实验参数的调控制备出薄壁中空碳球,再经过硝酸处理后,以改善表面的疏水性,增加控硫能力。考察了不同含硫量的电化学行为,含硫量67%的碳硫复合物在0.1C的电流密度下,循环100圈后依然稳定在531 mAh g-1,表现出了其具有控硫能力,但是性能还有待提高。
[Abstract]:With the worsening of environmental pollution and the gradual depletion of fossil energy, clean energy can be rapidly developed. To realize the effective use of clean energy, the key is to develop electric energy storage system. Carbon materials play a very important role in energy storage and conversion systems. Among many carbon materials, hollow carbon spheres are characterized by their unique morphology, low density, large cavity volume, good electrical conductivity and excellent thermal stability. It is widely used in the field of energy storage. At present, template method is used to prepare hollow carbon spheres. Carbon sources mainly include gaseous carbon sources and solid carbon sources. As a carbon-rich carbon source, petroleum asphalt has been successfully prepared carbon ball, carbon nanotubes, carbon fiber, but the preparation of hollow carbon ball is rarely reported. In this paper, the hollow carbon spheres were prepared by chemical vapor deposition with silica ball as template and petroleum asphalt as carbon source, and the surface of hollow carbon spheres was modified. Its applications in lithium-ion batteries and lithium-sulfur batteries were investigated. At first, homogeneous and monodisperse silica nanospheres were successfully prepared and modified by cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and tetraethyl orthosilicate (TEOS). Thus, the SiO2@m-SiO2/CTAB sphere with core-shell structure (the shell is composed of SiO2 and CTAB) is obtained. The hollow carbon spheres were prepared by vapor deposition using silica nanospheres with core-shell structure as template and petroleum asphalt as carbon source. At the same time, the effects of CTAB and TEOS on the modification of silica nanospheres were investigated. The thickness of SiO2@m-SiO2/CTAB spherical shell could be changed and the wall thickness of hollow carbon spheres could be adjusted by .2.The nitrogen source acetonitrile was introduced into the growth process of carbon spheres. After pyrolysis and deposition of bitumen and acetonitrile, a kind of hollow carbon sphere coated with disordered carbon in graphitic carbon layer was obtained, and the surface was further modified by nitric acid vapor. When it is used as the cathode material of lithium ion, the specific capacity of the sample is kept at 616 mAh g-1 at 500mAg-1 current density, showing excellent electrochemical performance. The lithium sulfur battery is used as the cathode material system with high energy density at present, and the specific capacity of the sample remains at 616 mAh g-1 after the cycle at 500mAg-1 current density, and the specific capacity of the sample remains at 616 mAh g-1. Because of its "shuttle effect" in the charging process, its commercial application is limited. Hollow carbon spheres are good materials for limiting "polysulfide ions" because of their good conductivity, large cavity volume and porosity. In this chapter, thin-walled hollow carbon spheres were prepared by adjusting the experimental parameters, and then treated with nitric acid to improve the hydrophobicity of the surface and increase the sulfur control ability. The electrochemical behavior of the composites with different sulphur content was investigated. At the current density of 0.1C, the sulfur content of the carbon-sulfur complex was still stable at 531 mAh g-1 after 100th cycle, which showed that it had the ability to control sulfur, but the performance needed to be improved.
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ127.11

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨学兵;王传新;张行;;锂硫电池正极复合材料研究进展[J];电池工业;2010年05期

2 Ming-Xian Liu;Li-Hua Gan;Wei Xiong;Da-Zhang Zhu;Zi-Jie Xu;Long-Wu Chen;;Partially graphitic micro- and mesoporous carbon microspheres for supercapacitors[J];Chinese Chemical Letters;2013年12期

3 John Matthiesen;Thomas Hoff;Chi Liu;Charles Pueschel;Radhika Rao;Jean-Philippe Tessonnier;;凝结相中功能性碳材料和碳纳米复合物催化转化生物质制备可再生化学品(英文)[J];催化学报;2014年06期

4 张静;徐倩;李合琴;唐琼;周矗;乔恺;;锂硫二次电池研究进展[J];电池工业;2014年01期

5 潘安;李建保;陈拥军;骆丽杰;周小惠;;硼碳氮纳米管制备方法的研究进展[J];材料导报;2014年13期

6 彭佳悦;刘亚利;黄杰;李泓;;锂离子电池基础科学问题(Ⅺ)——锂空气电池与锂硫电池[J];储能科学与技术;2014年05期

7 Ming-Xian Liu;Li-Hua Gan;Yang Li;Da-Zhang Zhu;Zi-Jie Xu;Long-Wu Chen;;Synthesis and electrochemical performance of hierarchical porous carbons with 3D open-cell structure based on nanosilica-embedded emulsion-templated polymerization[J];Chinese Chemical Letters;2014年06期

8 Xuan Zhang;Xu-Dong Li;;Solvent atmosphere controlled self-assembly of unmodified C_(60):A facile approach for constructing various architectures[J];Chinese Chemical Letters;2014年06期

9 马亮;侯丽珍;喻博闻;黄求来;刘俊;王世良;贺跃辉;;空心碳纳米球的可控制备[J];粉末冶金材料科学与工程;2015年02期

10 Xiang-Fen Jiang;Qunhong Weng;Xue-Bin Wang;Xia Li;Jun Zhang;Dmitri Golberg;Yoshio Bando;;Recent Progress on Fabrications and Applications of Boron Nitride Nanomaterials:A Review[J];Journal of Materials Science & Technology;2015年06期

相关会议论文 前3条

1 刁岩;谢凯;洪晓斌;韩喻;熊仕昭;;Li-S二次电池的研究现状[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年

2 金朝庆;谢凯;洪晓斌;;Li-Nafion的分子模拟——论证Li-Nafion在锂离子电池中应用的可能性[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年

3 颜洋;殷雅侠;郭玉国;万立骏;;钠离子电池用多孔碳/石墨烯复合负极材料研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第24分会:化学电源[C];2014年

相关博士学位论文 前10条

1 饶睦敏;锂电池纳米硫正极与凝胶聚合物电解质的研究[D];华南理工大学;2012年

2 武斌;炭基硫化铁复合材料的制备及储锂性能研究[D];北京化工大学;2013年

3 高宇飞;低维纳米材料热输运性能的分子模拟[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 向中华;面向化工能源与环境的纳米多孔材料的分子设计及定向制备[D];北京化工大学;2013年

5 吴慕鸿;一维轻元素(硼/碳/氮)纳米材料的制备和物性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 肖化平;氮化硼—石墨烯复合纳米体系的电子结构与输运性质研究[D];湘潭大学;2012年

7 李娟;氮化硼纳米结构的制备和性能[D];广西大学;2013年

8 陈立锋;碳基复合材料的设计、规模化制备及其在超级电容器中的应用[D];中国科学技术大学;2013年

9 高海丽;贵金属团簇与碳纳米材料的表面修饰与物性调控[D];大连理工大学;2013年

10 张连营;直接甲酸燃料电池高性能Pd电催化剂的制备及其催化行为的研究[D];西南大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 熊仕昭;锂硫电池放电过程及性能改善研究[D];国防科学技术大学;2010年

2 张行;锂硫电池正极材料硫碳薄膜的制备研究[D];武汉工程大学;2011年

3 金朝庆;凝胶电解质用于锂硫电池的研究[D];国防科学技术大学;2009年

4 李翠丽;锂硫二次电池性能研究[D];天津大学;2012年

5 班晓磊;氮化硼纳米管的高效制备、分散及其机理研究[D];景德镇陶瓷学院;2013年

6 谢海鸥;镍硫基复合物正极材料的制备研究[D];武汉工程大学;2013年

7 谢秋实;硫碳改性制备锂硫电池的研究[D];武汉工程大学;2013年

8 徐莹莹;纳米环的电子结构及光物理性质的密度泛函理论研究[D];东北师范大学;2013年

9 陈峰;锂硫电池球形结构硫正极材料制备及改性研究[D];浙江工业大学;2013年

10 战立堂;硼氮掺杂石墨烯的导电性和电荷分布的研究[D];辽宁师范大学;2013年



本文编号:1840905

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/1840905.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户538ce***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com