【摘要】：新型儲(chǔ)能系統(tǒng),如超級(jí)電容器、鋰離子電池、鋰硫電池等性能在很大程度上取決于先進(jìn)電極材料的合成以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。多孔炭材料作為一種理想的電極材料,具有密度低、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)可控、導(dǎo)電性好等優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是極具市場(chǎng)潛力的電極材料體系。本論文以生物質(zhì)多糖-瓜爾豆膠作為炭源,利用瓜爾豆膠與金屬離子在堿性環(huán)境中的迅凝效應(yīng),通過(guò)高溫裂解與活化過(guò)程,快速、高效的獲得多孔分級(jí)結(jié)構(gòu)炭球,并將其作為基體材料,研究其儲(chǔ)能性質(zhì)及儲(chǔ)能機(jī)理,主要研究結(jié)果如下:(1)瓜爾豆膠凝膠行為研究:在瓜爾豆膠溶液體系中引入不同濃度以及不同種類(lèi)的金屬離子,如Cu~(2+)、Fe~(3+)、Ni~(2+)、Co~(2+)等,研究混合體系在強(qiáng)堿溶液中的凝膠行為變化,探索瓜爾豆膠對(duì)金屬離子的選擇性交聯(lián)效應(yīng)的差異性。結(jié)果表明,瓜爾豆膠對(duì)與Cu~(2+)表現(xiàn)出最強(qiáng)的交聯(lián)選擇性,且離子濃度越高,凝膠速度越快。(2)多孔炭球作為超級(jí)電容器電極材料-結(jié)構(gòu)調(diào)控及儲(chǔ)能機(jī)理研究:通過(guò)滴注的方法將瓜爾豆膠/Cu~(2+)混合溶液快速滴加至KOH溶液中,通過(guò)高溫的煅燒獲得分級(jí)結(jié)構(gòu)多孔炭球,并細(xì)致考察了炭球的結(jié)構(gòu)調(diào)控和形成過(guò)程、孔隙形成機(jī)理以及電化學(xué)性能。研究結(jié)果表明,該方法獲得的多孔炭球在1 A·g~(-1)電流密度下,其質(zhì)量比容量高達(dá)280 F·g~(-1),其優(yōu)異的倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性表明該材料是一種良好的超級(jí)電容器電極材料;(3)氮摻雜多孔炭球作為鋰硫電池電極材料及其電化學(xué)性能研究:采用三聚氰胺作為氮源,通過(guò)瓜爾豆膠/Cu~(2+)混合溶液在強(qiáng)堿溶液中的迅凝效應(yīng)獲得炭球前驅(qū)體,利用高溫煅燒以及KOH活化獲得N摻雜多孔炭球,并詳細(xì)研究了三聚氰胺的引入對(duì)終產(chǎn)物組分、孔隙結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明,獲得的炭材料具有高的比表面積(2610 m~2·g~(-1)),且在0.2 C倍率條件下,首次放電比容量高達(dá)1243 mAh·g~(-1),且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。(4)過(guò)渡金屬/多孔炭復(fù)合材料體系作為鋰硫電池電極材料及其電化學(xué)性能研究:將碳酸氫氨作為造孔劑,利用瓜爾豆膠在金屬離子以及強(qiáng)堿溶液共同存在條件下發(fā)生的迅凝效應(yīng),快速獲得凝膠塊體材料,在經(jīng)過(guò)高溫煅燒過(guò)程中獲得過(guò)渡金屬/多孔炭球復(fù)合材料體系(Ni/C、Co/C、Cu/C以及Fe/C)。電化學(xué)分析結(jié)果表明,作為鋰硫電池電極材料,復(fù)合材料體系相比于單純的多孔炭球體系,表現(xiàn)出更為優(yōu)異的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

3炭材料，并將其直徑控制在80 170nm的范圍內(nèi)，這種球形結(jié)構(gòu)賦予材料高的比表面積和大的孔體積，使其能夠高效的吸附一些龐大的染料分子（圖1.1a）。Wang課題組[41]通過(guò)模板法獲得由交叉納米片組成的花狀多孔炭材料，大大改善了電解液離子的傳輸與潤(rùn)濕，使其在電化學(xué)電容器應(yīng)用中表現(xiàn)出高的比容量（294F·g-1）和良好的倍率性能（圖1.1b）。Wang 等[42]利用柚子皮成功合成片狀多孔炭材料，作為超級(jí)電容器材料表現(xiàn)出異常的循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為 2A·g-1的條件下下循環(huán) 10000圈后其比容量幾乎沒(méi)有出現(xiàn)衰減（圖1.1c）。Song等[43]采用靜電紡絲制備出了大量具有纖維狀結(jié)構(gòu)的炭納米纖維材料，并將其用做高性能的鋰硫電池硫載體材料，在0.5C 下進(jìn)行循環(huán)500次時(shí)，每個(gè)循環(huán)表現(xiàn)出0.053％的低衰減率（圖1.1d）。圖 1.1 不同形貌的多孔炭: (a) 球形[40](b) 花狀[41](c) 片狀[42](d) 纖維[43]外觀為球形的多孔炭，具有振實(shí)密度高的優(yōu)點(diǎn)，作為電極材料使用可以提高儲(chǔ)能容量。因此本論文采用膠液分散的方法制備球形多孔炭。1.3 多孔炭材料合成方法1.3.1 活化法活化法是指在一定條件下

其主要合成過(guò)程如圖1.2所示[51]。在復(fù)制過(guò)程中，硬模板和炭前體之間幾乎沒(méi)有相互化學(xué)作用。因此，采用硬模板合成炭材料的孔徑分布及大小主要由無(wú)機(jī)模板來(lái)決定，可以選用不同的模板劑或通過(guò)調(diào)節(jié)模板劑的合成條件來(lái)控制炭材料的孔徑分布。Joo 等[52]通過(guò)控制十六烷基三甲基溴化銨（HTAB）的比例，系統(tǒng)地合成了一系列SBA-15 型有序二氧化硅材料，其孔壁厚度為1.4 2.2nm。然后，使用這些二氧化硅模板，他們能夠定制合成具有2.2 3.3nm介孔尺寸的CMK-3材料。Fuertes 等[53]報(bào)道了一種有序介孔炭，孔徑約為4nm，通過(guò)使用MSU-H二氧化硅作為模板來(lái)合成的。圖 1.2 硬模板法合成示意圖[51]使用硬模板法可以獲得孔徑分布均勻的有序多孔炭材料，而且，由于采用固定的模板結(jié)構(gòu)，使得合成易于控制，同時(shí)還具有一定的可預(yù)見(jiàn)性。但是，硬模板法的合成是通過(guò)消耗大量昂貴的硬模板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，導(dǎo)致其成本大大提高。另外，硬模板法還存在合成工藝復(fù)雜，時(shí)間消耗長(zhǎng)等缺點(diǎn)，，使其應(yīng)用受到了限制。（2）軟模板法軟模板法主要是以?xún)捎H性分子為模板劑
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TM912;TM53

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 江信飛;;混合糊料的試驗(yàn)及探討[J];上海絲綢;2012年03期

2 ;瓜爾豆膠的控血糖功效再被證實(shí)[J];食品工業(yè);2017年06期

3 董墨思;解婉瑩;李蘇紅;;部分酶解瓜爾豆膠功能性的研究進(jìn)展[J];食品工業(yè);2016年09期

4 劉良忠,盧耀輝;魔芋精粉與瓜爾豆膠等穩(wěn)定劑的協(xié)同增效作用及配比分析研究[J];食品工業(yè)科技;2001年04期

5 劉良忠,嚴(yán)奉偉,王辰,盧耀輝;魔芋精粉與瓜爾豆膠等穩(wěn)定劑的協(xié)同增效作用及配比分析研究[J];湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào);2001年01期

6 楊海燕;;食品中的瓜爾豆膠替代品方案[J];食品工業(yè)科技;2012年10期

7 陳玉麟;瓜爾豆膠在食品中的應(yīng)用[J];糧食與油脂;1994年03期

8 ;瓜爾豆膠的控血糖功效再被證實(shí)[J];飲料工業(yè);2017年02期

9 劉延奇;王永杰;;抗壞血酸/瓜爾豆膠復(fù)合作用對(duì)玉米淀粉回生特性的影響[J];農(nóng)產(chǎn)品加工(學(xué)刊);2011年08期

10 ;用于各式食品制品的瓜爾豆膠[J];中國(guó)食品工業(yè);2002年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 王莉莉;王趙;邵建中;沈一峰;;均三嗪活性基改性瓜爾豆膠在真絲綢織物上的滲透印花研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)2017全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)摘要集——主題Q：高分子工業(yè)[C];2017年

2 鄭志;周會(huì)喜;羅水忠;鐘昔陽(yáng);潘麗軍;姜紹通;;響應(yīng)面分析方法優(yōu)化面條復(fù)合改良劑[A];中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)包裝與食品工程分會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

3 徐紅英;;瓜爾豆膠在石膏基內(nèi)保溫砂漿中的應(yīng)用[A];第十屆全國(guó)水泥和混凝土化學(xué)及應(yīng)用技術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

4 趙志成;顧幸勇;羅婷;董偉霞;;全廢瓷料原位凝固成型制備建筑陶瓷的研究[A];第十九屆全國(guó)高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集[C];2016年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 本報(bào)記者 張麗麗 謝朝紅;一說(shuō)原料，最近總繞不開(kāi)個(gè)漲字[N];中國(guó)食品報(bào);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 汪云鋒;瓜爾豆膠基多孔炭結(jié)構(gòu)與組分調(diào)控及其儲(chǔ)能應(yīng)用研究[D];江西理工大學(xué);2019年

2 段汝清;瓜爾豆膠酶解物對(duì)蛋清蛋白的改性研究[D];江南大學(xué);2016年

3 鐘蓓;黃原膠和瓜爾豆膠對(duì)小麥淀粉特性影響的研究[D];華南理工大學(xué);2017年

4 陳鋒;酸性染料在印花色漿中的擴(kuò)散性研究[D];蘇州大學(xué);2015年

5 王文強(qiáng);固定化釀酒酵母細(xì)胞的制備及其性能研究[D];西北師范大學(xué);2007年

6 尤紅磊;幾種常用天然食品膠對(duì)山藥混汁穩(wěn)定性的影響[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

7 陳玨;酶的固定化及在食醋澄清中的應(yīng)用研究[D];山西農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

8 張彬;低鈉鹽白鰱魚(yú)糜制品的制備及其凝膠特性的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

9 王滿君;水性膠體對(duì)葛根粉絲加工特性及品質(zhì)的影響[D];合肥工業(yè)大學(xué);2010年

10 李煒p

本文編號(hào)：2691819