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纳米炭材料电化学储氢性能研究

刘宇林  
【摘要】: 氢能作为未来的新能源已为必然的发展趋势。氢源的储存是氢能利用系统中最为关键的一环,目前采用的储氢方式主要有:金属储氢、化学储氢、压缩储氢、气固相储氢,然而它们都不能满足今后电动汽车动力电池的需要。纳米炭材料因其独特的结构和性能可能成为最理想的储氢材料,因此其电化学储氢研究引起广泛关注。 本文研究了不同纳米炭材料的电化学储氢性能。主要包括: 对多壁纳米碳管进行了混酸处理和高温炭化处理,用透射电镜和红外分析表征了前处理对纳米碳管微观形貌的影响,比较了前处理前后纳米碳管在电化学储氢性能方面存在的差异性。结果显示,混酸处理能显著提高多壁纳米碳管的电化学储氢性能,炭化后纳米碳管的储氢容量迅速下降,甚至低于原始纳米碳管。 将蔗糖、聚环氧乙烯-聚环氧丙烯-聚环氧乙烯三嵌段共聚物和硅源构成的复合物进行预炭化、炭化和除硅处理合成出有序中孔炭,采用XRD、TEM、HRTEM和N2吸脱附等手段对其进行表征,并将有序中孔炭制成电极开展恒流充放电研究。结果显示,具有较高比表面积和孔容的有序中孔炭材料的电化学储氢容量较大。通过与单壁纳米碳管(SWNTs)电极的对比,表明有序中孔炭具有良好的电化学储氢性能和更高的电化学活性。 制备了球状DF炭气凝胶,采用SEM,BET测试和孔径分布测试对其进行表征,并对不同D/C比的DF炭气凝胶制成电极开展恒流充放电研究。结果显示,DF炭气凝胶的储氢性能由其比表面积和微孔含量共同决定。 用离子交换法将金属Fe、Co、Ni掺杂到气凝胶中,炭化后气凝胶仍然是规整的球形结构,将其制备成电极进行恒流充放电研究。结果显示掺杂金属能显著提高DF炭气凝胶电极的首次放电容量,但电极的循环性能较差。 将LaNi_5储氢合金粉末加入到RF溶胶中,再凝胶、老化炭化后得到炭气凝胶与LaNi_5储氢合金复合材料,用TEM和XRD分析了复合材料的微观形貌,并将该复合材料制成电极开展恒流充放电研究。结果显示,加入LaNi_5储氢合金的RF炭气凝胶电极的放电容量与加入LaNi_5储氢合金的量有关,量少时不仅不能提高储氢容量,甚至还降低了;当加入的量增大后,能明显提高炭气凝胶的储氢性能。


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