發(fā)布時間：2021-11-02 22:55

　　碳材料具有結(jié)構(gòu)多樣、表面豐富、可調(diào)控性強、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)勢,一直是電化學儲能材料的理想候選,如商品化鋰離子電池負極材料石墨,超級電容器的電極材料活性炭。隨著微納米碳及其復合材料快速發(fā)展,其獨特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異電化學性能,為其在電化學儲能領(lǐng)域,特別是高能電池方面的應(yīng)用提供了新的機遇。生物質(zhì)儲量豐富,可持續(xù)再生,是制備碳材料的理想原料。但是,由于生物質(zhì)難溶、成分復雜的特性,對于生物質(zhì)碳形貌調(diào)控以及理想復合材料的制備仍是一個挑戰(zhàn)。本文充分利用生物質(zhì)本身所具有的特性,通過生物質(zhì)礦化策略和酵母菌培養(yǎng)的方式實現(xiàn)了生物質(zhì)碳形貌結(jié)構(gòu)多樣化及其復合材料的制備,系統(tǒng)地考察了其在電化學儲能領(lǐng)域的應(yīng)用。具體研究內(nèi)容包括:1.以天然木耳為碳源,通過低溫水熱處理得到木耳基溶液,再與高錳酸鉀進行二次高溫水熱,實現(xiàn)一種生物質(zhì)礦化策略。通過改變反應(yīng)體系在反應(yīng)釜中的占比,可控地制備出多種形貌的碳酸錳復合材料。此外,以上述制備的梭形碳酸錳為前驅(qū)體通過高溫煅燒可以獲得多孔的MnO/C復合材料。生物質(zhì)碳的均勻復合為MnO提供了高效的導電框架;多孔結(jié)構(gòu)有利于電解質(zhì)的傳輸,并提供更多的活性位點。作為鋰離子電池負極具有較好的倍率性能,... 

【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１不同儲能器件功率密度和能量密度關(guān)系圖［５１??電化學儲能器件由于具有高的能量轉(zhuǎn)化效率，在實際生活應(yīng)用中有著巨大的??

?第１章引言???和應(yīng)用廉價、可持續(xù)的碳源替代化石基產(chǎn)品，己經(jīng)成為了未來社會發(fā)展的必然趨??勢。生物質(zhì)作為碳元素在地球上主要的儲存形式，且具有可再生，清潔，低價等??特點［２Ｑ】。生物質(zhì)通常經(jīng)過簡單的高溫碳化以及活化處理便可以得到多孔碳材料，??這樣一個變廢為寶的方式己經(jīng)取得了眾多研宄者的關(guān)注。由于制備過程簡單、綠??色環(huán)保，所以生物質(zhì)碳材料廣泛地應(yīng)用于催化劑、吸附劑、電化學能源儲存等領(lǐng)??域％２３］。如圖１．２所示，Ｙａｏ等人Ｍ將廢棄生物質(zhì)廢渣經(jīng)過簡單的ＫＯＨ高溫熱??解、活化、ＨＣ１刻蝕及摻入雙氰胺和ＮｉＣｈ?Ｈ２０二次高溫熱解等工藝制備出“海??膽”狀Ｎ摻雜ＣＮＴ－多孔碳包覆Ｎｉ納米顆粒復合材料（Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ），該材料在有毒??污染物的氧化過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，并且可以將具有毒性的Ｃｒ（ＶＩ）催??化還原為無毒的Ｃｒ（ＩＩＩ）。此外，Ｔａｎｇ等人Ｍ以椴木塊為原料經(jīng)過水熱、高溫碳??化以及ＮＨ３活化等簡易處理方法得到由Ｎ－Ｓ雙摻雜的多孔木頭碳，應(yīng)用于超級??電容器和氧還原催化都獲得了理想的效果。Ｚｈａｎｇ等人同樣以天然生物質(zhì)黃豆??為原料，經(jīng)過簡單的碳化和活化處理獲得多孔碳材料應(yīng)用于鋰離子電池，表現(xiàn)出??優(yōu)異的電化學性能。??Ｈｉｏｍａｓｓ／ＫＯＨ?Ａｃｔｉｖａｔｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ??■?Ｃａｒｌｘｍ?ｓｉｒｒｌ＇ａｃｃ＾??■Ｎ，：＾?ｉｆ??＿＾?—??＞［ａｎｃｈｏｒ??Ｇｒｏｗｔｈ?ｏｆ?ＣＮＪｉ?ｕｎｉｔ?＇?Ｎｊ＠Ｎ－Ｃ??圖１．２Ｎｉ＠Ｎ－Ｃ催化劑的制備步驟１２５１??１．２．?３生物質(zhì)的常用處理方法??近幾年來，大量的工作致力于開發(fā)低耗能，環(huán)

可大規(guī)模操作的技術(shù)手段，并且由于其成本較低，被廣泛應(yīng)用于電極材??料的制備過程高溫裂解法可以制備許多具有特殊多孔結(jié)構(gòu)的碳電極材料。影??響碳材料性能的因素有很多，例如，不同的生物質(zhì)原料其含有元素種類不同，經(jīng)??過熱處理會獲得不同類型雜原子摻雜。其次，不同的升溫速率、碳化溫度、時間??對生物質(zhì)碳材料微孔結(jié)構(gòu)也存在一定程度的影響。雖然高溫下原料裂解可以形成??較為穩(wěn)定的石墨化碳材料結(jié)構(gòu)，但是直接高溫裂解生物質(zhì)很難制備出具有豐富孔??道結(jié)構(gòu)的碳材料，因此高溫裂解法一般和活化輔助過程聯(lián)用。如圖１．３所示，Ｇｕ??等人Ｍ以墨魚骨為原料通過６００?°Ｃ高溫裂解之后再經(jīng)活化過程制備出Ｎ摻雜的??多孔片狀生物質(zhì)碳材料并且應(yīng)用于鈉離子電池，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。??Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ?ａｎｏｄｅ??ａｉｒ?ｏｘｉｄａｔｉｏｎ??泛題邏＾?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ??ｃｈｉｔｉｎ?ｂｉｏ－ｆｉｌｍｓ??產(chǎn)?ｚ卜：??．ＣａＣＯ／ｗａｌｌ??ｖ＂?ＫＯＨ／ＮａＯＨ?ｍｉｘｅｄ??Ｃｕｔｔｌｅｂ〇ｎｅ?＇?一°?…??？Ｓ３?量?ｍ?ＬＢＣ５－Ｃ??？￣?ｊＦ－．－，?？？麗?Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｃａｔｈｏｄｅ??圖１．３以墨魚骨為原料合成碳材料的過程及電極電荷存儲機制原理圖ｔ３２ｉ??⑵活化法??生物質(zhì)碳材料的活化是通過無序碳原子或者雜原子與活化劑之間發(fā)生化學??反應(yīng)，并伴隨氣體生成以及碳原子的消耗來形成相應(yīng)的孔結(jié)構(gòu)常見的活化方??法有：①物理活化法：主要以＜：０２和圧０的氣態(tài)形式作為活化劑，碳與活化劑反??應(yīng)生成氣體、逐漸消耗形成多孔結(jié)構(gòu)。②化學活化法：是以工業(yè)生產(chǎn)的化學藥品??作為活化劑，其中最常用

【參考文獻】：
碩士論文
[1]生物質(zhì)碳基材料的制備及其在電化學儲能的應(yīng)用[D]. 張海.南昌大學 2019



本文編號：3472531