基于煤族组分分离并行发泡的薄膜泡沫炭制备与层次孔调制及用于超级电容器的基础研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51674260
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0409.矿物工程与物质分离
- 结题年份:2020
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:张丽芳; 朱俊生; 冯锐; 张然; 常鹏; 卜良辉; 郭伟; 单良; 宋兆兰;
- 关键词:
项目摘要
It is well known that electrode materials play a decisive role on electrochemical performance of supercapacitors, and the carbon-based electrode materials are the most studied, also the most widely used. However, regardless of activated carbon, carbon nanotubes, carbon fibers, aerogels or grapheme, each kind of electrode material has its advantages as well as the corresponding fundamental problems, such as small specific surface area, low utilization rate, easy to agglomerate and stack, high cost, complex processing technology and difficult to mass production. Applicants have creatively developed a new method previously to prepared carbon foams with three dimensional network and thin film structure using coal as raw material. The loose medium component of coal foam during the process of separation. Making use of the peculiar property, the carbon foams made from loose medium component have ultrathin and homogeneous pore walls which is very favorable to modulate hierarchical pore on carbon foams by further hierarchical activation. The hierarchical porous carbon prepared can meet high porosity, highly active specific surface area and fast electron/ion transmission path that the ideal carbon-based electrode materials need. The advantages of the method are low cost, simple process and the raw materials easy to get. This research project takes advantage of this idea to prepare carbon-based electrode material supercapacitor with excellent electrochemical performance and focuses on preparation mechanism of thin film carbon foams, modulation of hierarchical pore structure and effect of pore structure on electrochemical performance. To make an important contribution to new development of coal-based electrode materials.
众所周知,电极材料对超级电容器电化学性能起着决定性作用,而碳质电极材料目前研究最多,应用也最广。然而,不论是活性炭、碳纳米管、炭纤维、炭气凝胶还是石墨烯,在各具优点的同时也存在着相应的根本性问题,比如要么比表面积小或利用率低,要么易团聚和堆叠,要么成本高工艺复杂难以宏量制备。申请者前期创造性地发明了一种以煤为原料制备具有三维网状薄膜结构泡沫炭的新方法,借用了煤中疏中质组族组分在分离的同时并行发泡的独特特性,所制泡沫炭泡壁超薄且光滑均一,非常有利于通过分级活化法调制出层次孔分布,进而获得碳电极材料所需要的多孔性、高活性比表面积和快速电子/离子传输路径。该方法原料易得,工艺简单,成本低廉。本项目研究即是利用这一思路,通过煤中疏中质组族组分制备出性能优良的超级电容器电极用碳质材料,重点研究该过程中薄膜泡沫炭生成、层次孔结构调制及孔结构对电化学性能影响等机理,为煤基电极材料的新发展做出重要贡献。
结项摘要
电极材料对超级电容器电化学性能起着决定性作用,而碳质电极材料目前研究最多,应用也最广。煤炭是自然界中储量最丰富的碳源,但煤炭组成复杂,不同组分性质差异大。本项目采用前期发明的煤全组分族分离的方法,将煤中具有不同显著特点的疏中质组、密中质组和重质组族组分首先分离出来,然后再依据其特殊性质,设计不同的工艺路线和方法制备具有多孔性、高活性比表面积和快速电子/离子传输路径的优良碳质电极材料。这些方法主要包括:以疏中质组为原料制备光滑无缺陷三维网状薄膜结构泡沫炭,再通过KCl辅助KOH共同活化造孔和调制孔结构;直接以疏中质组为原料,并分别采用ZnCl2为一次活化剂KOH为二次活化剂的二次活化法、以纳米MgO为模板剂的模板法、以三聚氰胺为助剂的共炭化-活化法、以KH2PO4为辅助剂的一步法以及木质素协同疏中质组的水热-炭化法等制备层次孔炭及微孔结构多孔炭;以密中质组为原料、纳米ZnO作模板剂的一步法制备多孔炭;以重质组为原料,经浓盐酸、浓硝酸和丙酮溶液预处理制备富含氧官能团的花瓣状结构多孔炭;以重质组和密中质组为原料,重组族组分共活化并自模板制备分级多孔炭等。所制备的多孔炭材料电化学性能良好,如比表面积可达3347.15 m2/g、在10 A/g的电流密度下比电容达262 F/g、倍率性能达72%的较理想的超级电容器电极材料等。研究还对煤中各族组分进行了详细的组成结构解析,建立并全面阐述了煤嵌布结构模型新理论,探讨了疏中质组族组分分离并行发泡机理、精制方法及与薄膜泡沫炭结构和性能关系,介微孔孔径分布类型与多孔炭电化学性能联系及其机理等。项目所形成的成果具有原料易得、工艺方法简单、成本低廉等特点,为超级电容器用碳质材料的工业化生产提供了机会,为煤炭非燃料利用提供了新的思路,所构建的煤嵌布结构模型理论对指导煤炭高值化利用具有重要理论意义。
项目成果
期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(1)
族组分对原煤流动性的影响及其作用机制
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:洁净煤技术
- 影响因子:--
- 作者:卜良辉;秦志宏;李祥
- 通讯作者:李祥
Ni(OH)_2与不同碳质材料复合制备超级电容器电极材料研究进展
- DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.19110701
- 发表时间:2020
- 期刊:洁净煤技术
- 影响因子:--
- 作者:李双双;秦志宏;杨小芹;陈强
- 通讯作者:陈强
煤炭分级利用新思路——事前分离与精准利用
- DOI:10.13225/j.cnki.jccs.yg19.1582
- 发表时间:2020
- 期刊:煤炭学报
- 影响因子:--
- 作者:秦志宏;杨小芹;林喆;陈强
- 通讯作者:陈强
Synthesis of tremella-like porous carbon with oxygen-containing functional groups for high-performance supercapacitor
高性能超级电容器用含氧官能团银耳状多孔碳的合成
- DOI:10.1016/j.diamond.2020.107995
- 发表时间:2020-10-01
- 期刊:DIAMOND AND RELATED MATERIALS
- 影响因子:4.1
- 作者:Wang, Xing;Qin, Zhihong;Lin, Zhe
- 通讯作者:Lin, Zhe
Facile fabrication of hierarchical porous carbon based on extract separated from coal with outstanding electrochemical performance
基于从煤中分离的提取物轻松制备分级多孔碳,具有出色的电化学性能
- DOI:10.1039/c7ra05437h
- 发表时间:2017-01-01
- 期刊:RSC ADVANCES
- 影响因子:3.9
- 作者:Chang, Peng;Qin, Zhihong
- 通讯作者:Qin, Zhihong
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其他文献
用XRD、TEM和FTIR 研究镜煤在CS2-N-2-甲基吡咯烷酮混合溶剂中的溶解行为
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:燃料化学学报
- 影响因子:--
- 作者:秦志宏;袁新华;宗志敏;王超;于冰;魏贤勇
- 通讯作者:魏贤勇
面向21世纪的煤液化基础研究和工艺开发
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:煤炭转化
- 影响因子:--
- 作者:魏贤勇;宗志敏;秦志宏;刘建周;李红旗
- 通讯作者:李红旗
煤溶剂萃取动力学研究
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:武汉科技大学学报
- 影响因子:--
- 作者:胡亚非;胡光洲;秦志宏
- 通讯作者:秦志宏
分子煤化学与煤衍生物的定向转化
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:煤炭转化
- 影响因子:--
- 作者:袁新华;熊玉春;宗志敏;秦志宏;魏贤勇
- 通讯作者:魏贤勇
用CS2-NMP混合溶剂抽提法制备洁净煤
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:煤炭转化
- 影响因子:--
- 作者:袁新华;秦志宏;徐红星;宗志敏;魏贤勇
- 通讯作者:魏贤勇
其他文献
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