活性炭的制备、改性及其在锂硫电池中的应用

发布时间：2017-05-23 23:09

  本文关键词：活性炭的制备、改性及其在锂硫电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：活性炭(Actived Carbon,简称AC)因为具有比表面积高、微孔发达、吸附能力强等优点,被广泛应用于电极材料、化工、催化剂载体、环保和食品与制药等领域。而为了满足生产生活和科学发展的需要,比表面积超过3000m2/g的高比表面积活性炭的制备与应用也越来越多的为人们所重视,高比表面积的活性炭也成为了人们在能源储存和环境保护领域的研究热点。 本文以海南的椰子壳做为原料,以化学活化法,在惰性气体氮气的保护下,制备高比表面积活性炭,并通过正交实验和单因素实验,对活性炭制备过程中,活化剂的选取、碱碳比、活化剂与碳化料的混合方式、碳化温度、碳化时间、活化温度、活化时间等因素在制备过程中对活性炭的孔结构的影响进行了研究。最终确定了优化的实验工艺方法和工艺条件,通过碘吸附值法对活性炭的微孔进行了测定,通过BET法(低温氮气吸附法)对活性炭的比表面积和孔结构进行了测定。同时,用制得的活性炭作为制备锂电池的正极的电极材料,通过一定的工艺过程,组装成锂硫电池,通过对锂硫电池的充放电性能的探索,研究探讨活性炭的孔结构、比表面积对锂硫电池的性能的影响。 实验的结果表明,以椰壳为原料,在实验室的管式炉中制备活性炭的最佳工艺条件为：在惰性气体氮气的保护下,在10℃/min的升温速率下,首先将椰壳粉末升温至碳化温度350℃,在这一温度下保温(碳化时间)120min,进行碳化,待冷却至室温后,在以KOH为活化剂,在碱碳比为4的条件下,在惰性气体氮气的保护下,先升温至300℃(预活化温度),保温1h(预活化时间),再升温至750℃(活化温度),保温60min(活化时间),待冷却至室温,得到成品活性炭。制得的活性炭的碘吸附值为2831.014mg/g, BET值为3125m2/g,孔容为1.691cm3/g,平均孔径为2.176nm。 通过将活性炭在氨水和双氧水中进行改性,对氨水和双氧水改性后的活性炭的吸油性能进行了研究。活性炭经过氨水改性后,其对柴油的吸附能力是原来的1.81倍；而双氧水改性后的活性炭,其对柴油的吸附能力降到未改性活性炭的87.98%。 通过将制备所得的活性炭与硫按照3：7的比例进行复合作为锂硫电池的正极制备锂硫电池,在0.1mA的电流,1.5～2.8V的电压下进行充放电,其首次充、放电比容量分别为944.792mAh/g和1301.042mAh/g,充电比容量比放电比容量少356.350mAh/g。实验结果表明：将活性炭与单质硫复合后作为锂硫电池的正极材料,所制备的锂硫电池的电容特性与活性炭的比表面积有着密切的关系,其比容量随着活性炭的比表面积的增大而有所提高。
【关键词】：活性炭 吸附性能 比表面积 锂硫电池 电化学性能
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912;TQ424.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 引言9-11
• 1文献综述11-21
• 1.1 活性炭的概述11-17
• 1.1.1 活性炭的发展历史与研究现状11-12
• 1.1.2 活性炭的制备12
• 1.1.3 活性炭的活化机理12-14
• 1.1.4 活性炭的结构及表面性能14-16
• 1.1.5 高比表面积活性炭的应用16-17
• 1.2 活性炭油吸附的概述17-18
• 1.2.1 油的来源与性质17
• 1.2.2 国内外油回收主要方法17-18
• 1.3 锂硫电池的概述18-20
• 1.3.1 锂硫电池的发展现状18-19
• 1.3.2 锂硫电池的结构19
• 1.3.3 锂硫电池的充放电原理19-20
• 1.4 课题的主要内容20-21
• 2 实验部分21-27
• 2.1 活性炭的制备实验21-22
• 2.1.1 制备原料与试剂21
• 2.1.2 活性炭的制备21-22
• 2.2 活性炭的吸附性能测试22
• 2.3 活性炭的比表面积和孔结构的测定22
• 2.4 活性炭的表面形貌的观察22
• 2.5 椰壳粉的热重曲线22-23
• 2.6 活性炭的改性实验23-24
• 2.6.1 原料与试剂23
• 2.6.2 活性炭的改性23
• 2.6.3 改性活性炭吸油性能测定23-24
• 2.7 活性炭表面官能团测定24
• 2.8 锂硫电池的制备24-26
• 2.8.1 原料与试剂24-25
• 2.8.2 锂硫电池的制备25-26
• 2.9 锂硫电池的充放电性能测试26-27
• 3 活性炭制备工艺27-39
• 3.1 引言27
• 3.2 椰壳的成分分析27-28
• 3.3 椰壳活性炭的制备28-34
• 3.3.1 正交实验分析28-29
• 3.3.2 KOH活化法制备活性炭29-34
• 3.4 活性炭的表面形貌观察34-37
• 3.5 比表面积与孔径分析37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 活性炭的改性39-44
• 4.1 引言39
• 4.2 活性炭的改性39-41
• 4.2.1 氨水改性活性炭40-41
• 4.2.2 双氧水改性活性炭41
• 4.3 活性炭表面官能团测定41-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 活性炭在锂硫电池中的应用44-48
• 5.1 引言44
• 5.2 锂硫电池的制备44
• 5.3 活性物质的表面形貌观察44-45
• 5.4 锂硫电池的充放电性能测试45-47
• 5.5 本章小结47-48
• 6 结论48-49
• 参考文献49-53
• 附录 (攻读学位期间发表的论文)53-54
• 致谢54

【参考文献】

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本文编号：389312