论文部分内容阅读
煤沥青和石油焦是化工工业生产过程中重要的不可再生的重质碳源,不仅利用效率低,而且给环境带来了严重的污染。通过对其进行深加工和轻质化来设计新颖性能独特的储能炭材料来提高资源利用率,从而提高其产品的附加值。石油焦的含碳量占80%以上,而煤沥青是一种化学成分极其复杂、多变的混合物,其基本的组成单元为多环、稠环芳烃及其衍生物,含碳量高达90%以上,所以它们作为制备炭材料的碳源,不仅收率高、导电性好,而且电化学性能优异。本文从煤沥青和石油焦出发制备电化学储能炭材料,具体研究内容如下:(1)以石油焦为炭前驱体,K2CO3作为活化剂,利用炭化-活化一步法制备了一系列石油焦基多孔炭,探索了活化时间、升温速率和预氧化处理对孔隙结构的影响,当用20wt%的H2O2预氧化时得到的材料的比表面积最大,可达1886 m2 g-1,总孔容为1.477 cm3 g-1;在活化比例2:1、活化温度800℃、活化时间2 h、升温速率5℃min-1下电化学性能最佳,在0.5 A g-1下,比电容为227 F g-1,当电流密度达到50 A g-1时容量为168 F g-1,保持率可达74.0%。(2)以煤沥青为炭源,K2CO3为活化剂,在活化时间2 h,活化比2,活化温度800℃时制备的多孔炭的比表面积最大,为1886 m2 g-1,电化学性能最佳,在6 M KOH电解液中,0.5 A g-1的电流密度下三电极体系的比电容值可达244 F g-1;以煤沥青和酚醛树脂为炭前驱体,在最佳的活化条件下,考察了煤沥青的比例对多孔炭结构和电化学性能的影响,煤沥青占碳源的75%时比表面积2163 m2 g-1,电化学性能最佳,三电极体系0.5 A g-1下比电容值可达299 F g-1。(3)为了改善锂离子电池石墨负极循环过程剥离的问题,结合炭材料的优势,以煤沥青作为炭层,采用液相包覆的方法,设计合成了核壳结构的石墨@煤沥青材料,其中,当炭化温度900℃,包覆量5%时,炭层厚度约为7 nm。电化学测试结果表明,该条件下的石墨@煤沥青具有良好的循环性能,循环100圈后,可逆容量仍为387.5 mA h g-1,并且其容量保持率为96.5%。