收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超级电容器用低阶煤基活性炭的制备及电化学性能研究

邢宝林  
【摘要】:超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能元件,具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。活性炭是制造超级电容器电极的首选材料,其结构及性质对超级电容器的性能起着关键性作用。本文以低阶煤为原料,采用低温N_2吸附法、XRD、SEM、FTIR及XPS等方法,系统考察了KOH活化法制备超级电容器用低阶煤基活性炭的制备工艺、低阶煤种类及煤炭有机显微组分等对活性炭孔结构和性能的影响;探索了微波加热活化法(微波法)及中低温(<600℃)活化条件下制备超级电容器用活性炭的工艺及方法;深入研究了活性炭的孔结构、微观结构及表面化学性质对其电极材料电化学性能的影响规律及KOH活化法制备低阶煤基活性炭的活化机理。 研究表明,以低阶煤为原料可制备出孔结构及表面化学性质可调的超级电容器用活性炭。原料煤原生孔隙丰富、挥发分高有利于促进活性炭中孔结构的发育;煤中无机矿物成分不仅会削弱活化反应剧烈程度,而且会降低活性炭的质量及性能。以褐煤为原料,KOH为活化剂,可制备出比表面积为665~3885m~2/g,总孔容为0.356~2.211cm~3/g,中孔率为18.8~74.9%的煤基活性炭。改变碱炭比及活化温度等工艺参数,可以有效调控活性炭的孔结构和表面化学性质。煤炭显微组分对活性炭孔结构、表面化学性质及电化学性能有一定影响。惰质组所制活性炭的比表面积最大,中孔率及氧含量最高,其电极材料在KOH和有机电解液体系中的电化学性能最优,其次为镜质组与壳质组所制活性炭。 对活性炭电极材料电化学性能的研究发现,在KOH电解液体系中,微孔对电极材料比电容的贡献稍大于中孔,当活性炭的BET比表面积超过2500m2/g后,表面化学性质对提高电极材料的比电容比孔结构更为重要;在有机电解液体系中,中孔对比电容的贡献远大于微孔,活性炭的孔结构是影响电极材料比电容的主要因素,表面含氧官能团对提高电极材料的比电容基本没有促进作用。针对两种电解液体系对活性炭电极材料孔结构和表面化学性质的要求不同,制备出在KOH及有机电解液体系中比电容分别高达420F/g和197F/g的低阶煤基活性炭,并形成了按不同电解液体系设计、制备超级电容器用煤基活性炭的思路。 将微波法用于低阶煤基活性炭的制备,实现了活性炭的高效活化。以褐煤为原料,KOH为活化剂,采用微波法可制备出比表面积为2097m~2/g,总孔容为1.193cm~3/g,中孔率为53.6%的超级电容器用煤基活性炭。改变碱炭比及微波加热时间可以对活性炭的孔结构进行调控。 探索出中低温活化条件制备超级电容器用活性炭的新方法。该方法所制活性炭具有中等比表面积,丰富的表面官能团,高的成型密度等特点,在KOH电解液体系中具有优异的电化学性能,其质量比电容最高可达369F/g,面积比电容可达23.1μF/cm~2,体积比电容可达215F/cm~3。通过微波法对该活性炭进行二次活化处理,可大幅度提高其在有机电解液体系中的电化学性能。 提出KOH活化法制备低阶煤基活性炭的分段活化机理:脱水阶段(<200℃),主要是活化料中水分脱除;预活化阶段(200~400℃),主要是在原料煤表面引入活性组分;中低温活化阶段(400~600℃),主要是活性炭微孔的形成与发展;高温活化阶段(600℃以上),主要是活性炭微孔的扩展。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陆倩;徐园园;木沙江;李文翠;;不粘煤基活性炭作超级电容器电极材料:硼、氮掺杂对其电化学性能的影响(英文)[J];新型炭材料;2017年05期
2 邢宝林;李龙;马爱玲;张传祥;谌伦建;;微波法煤基活性炭的制备及其电化学性能研究[J];材料导报;2013年18期
3 樊丽华;王晓柳;侯彩霞;孔碧华;梁英华;;褐煤基活性炭和无灰煤基活性炭性能对比研究[J];功能材料;2017年01期
4 蒋煜;刘德钱;解强;;我国煤基活性炭生产技术现状及发展趋势[J];洁净煤技术;2018年01期
5 郭建文;;一种新型煤基活性炭活化工艺[J];山西化工;2017年04期
6 魏威;李甘;;煤基活性炭制备中化学添加剂的应用观察[J];山西青年;2016年24期
7 谷丽琴;;煤基活性炭制备研究进展[J];煤炭科学技术;2008年07期
8 ;煤基活性炭从这里走向世界 世界活性炭在这里了解中国[J];煤质技术;2004年03期
9 杨媛;吴元勇;刘伟;;煤基活性炭的制备及其性能影响因素的研究进展[J];贵阳学院学报(自然科学版);2018年02期
10 罗富;陆晓东;赵荣善;王赵阳;闫志富;赵振疆;赵晔;舒晓亮;;多段炉设备规模化生产煤基活性炭的可行性[J];洁净煤技术;2018年S1期
11 侯嫔;王若男;霍燕龙;林雷鸣;李浩然;朱书全;;十八烷基三甲基氯化铵改性煤基活性炭对水中硝酸盐的吸附研究[J];矿业科学学报;2017年06期
12 张意颖,张文辉,梁大明,李书荣,王岭;煤基活性炭的原料煤适应性[J];煤;2000年02期
13 赵茂爽;冯莉;;磷酸氢二铵法制备高产率褐煤基活性炭[J];中国矿业大学学报;2014年02期
14 李兵红;梁逵;庄凯;胡军;;微波辐射制备双电层电容器用煤基活性炭[J];炭素;2006年01期
15 王光辉,梁玉河,刘国琴,王光华,何选明 ,刘智平,靳美程,肖爱国,杜功柳;高硫煤基活性炭在废水深度处理中的应用[J];燃料与化工;2001年03期
16 罗鹏;贾智刚;严明;;国内煤基活性炭生产现状和发展[J];当代化工;2014年07期
17 董丹丹;杨省师;程晓峰;王浩为;;煤基活性炭不同制备方法对其性质影响的研究[J];洁净煤技术;2009年02期
18 吴宪平;王福平;崔士国;;新疆煤基活性炭产业发展前景[J];洁净煤技术;2018年S1期
19 田菊梅;李冰;丁淑娟;戴遥龙;刘万毅;;浓硫酸改性煤基活性炭催化合成丙二酸二丁酯[J];精细石油化工;2007年06期
20 单晓梅,朱书全,张文辉,李书荣,李淑琴;氧化法改性煤基活性炭和椰壳活性炭的研究[J];中国矿业大学学报;2003年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张校菠;;太西煤基活性炭制备超级电容器电极材料的研究[A];中国金属学会炭素材料分会第二十九届学术交流会论文集[C];2015年
2 房俊卓;李鹏;司继军;赵佳;;煤基活性炭成孔过程探析[A];第十七届全国分子筛学术大会会议论文集[C];2013年
3 孔碧华;郭秉霖;侯彩霞;;超级电容器用无灰煤基活性炭的改性研究[A];2017焦化行业节能环保及新工艺新技术交流会论文集[C];2017年
4 许立军;樊丽华;;煤基活性炭孔结构影响因素分析[A];2017焦化行业节能环保及新工艺新技术交流会论文集[C];2017年
5 贺姗;吴燕;曹景沛;赵小燕;魏贤勇;;煤基活性炭的制备及在双电层电容器中的应用研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
6 宫国卓;阮继锋;赵明;张杰;;防毒面具用煤基活性炭孔径分布调控的研究[A];中国职业安全健康协会2009年学术年会论文集[C];2009年
7 郭秉霖;侯彩霞;孔碧华;WANG Daijun;;煤基电化学材料研究现状[A];2017焦化行业节能环保及新工艺新技术交流会论文集[C];2017年
8 姚伟静;辜敏;;具有位阻效应的煤基活性炭的制备及其在PSA分离CH_4/N_2的应用[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(下)[C];2009年
9 张晓骏;刘明贤;段辉;甘礼华;陈龙武;;石墨烯/多孔碳复合材料的制备及其电化学性能研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会:胶体与界面[C];2014年
10 王培远;孙淑敏;方少明;;三维石墨烯基复合电极材料的合成及电化学性能研究[A];河南省化学会2016年学术年会论文摘要集[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邢宝林;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];河南理工大学;2011年
2 李文尧;锰基金属氧化物及其复合材料超级电容器电极材料的制备与电化学性能研究[D];东华大学;2014年
3 何明平;新型导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能研究[D];福州大学;2013年
4 邴雪峰;炭基超级电容器电极材料的制备与结构控制及其电化学性能研究[D];华东理工大学;2017年
5 陈婷婷;聚吡咯基混合金属氧化物复合材料的电化学性能研究[D];哈尔滨理工大学;2016年
6 严丹林;锂离子电池电极材料的制备及电化学性能研究[D];华南理工大学;2016年
7 闫俊;碳/氧化锰复合材料的制备及电化学性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 吕鹏鹏;锂离子电池氧化硅基复合负极材料的制备和电化学性能研究[D];北京科技大学;2015年
9 李海;高倍率储能特性碳基纳米复合材料电化学性能的研究[D];电子科技大学;2018年
10 王鹏飞;高性能氧化钌基复合电极材料的结构调控及电化学性能研究[D];中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所);2018年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 赵志成 通讯员 李德忠;同煤全国最大煤基活性炭项目投产[N];山西日报;2014年
2 李德忠;同煤年产十万吨煤基活性炭项目投产[N];中国矿业报;2014年
3 记者 苑捷;同煤10万吨煤基活性炭项目投产[N];大同日报;2014年
4 记者 郝军;同煤年产10万吨煤基活性炭项目奠基[N];大同日报;2012年
5 广龙 昌麒;重庆将产“煤基活性炭”[N];中国煤炭报;2011年
6 记者 李明忠;最大煤基活性炭项目开建[N];中国化工报;2007年
7 肖开金;神华新疆:建大型煤基活性炭基地[N];中国煤炭报;2007年
8 本报记者 王宏峰;峰回路转斗志扬[N];中国矿业报;2014年
9 韩红梅 石油和化学工业规划院无机化工处副处长;低阶煤热解提质需全力攻关[N];中国化工报;2013年
10 本报记者 高重密;将褐煤当油用[N];中国化工报;2013年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978