1. 引言 活性炭是一种具有高表面积和孔隙率的碳质材料。它来源于碳含量较高的富碳有机前体,例如煤、聚合物或生物质,在高温下对这些材料进行物理或化学活化以增加碳含量[1]。换句话说,活性炭是通过热分解碳含量较高的富碳有机材料获得的。文献中明确定义活性炭是通过富碳有机材料的物理或化学活化获得的[2]。简而言之,物理活化可以通过单阶段[3]或两阶段[4]过程进行。在常用的两阶段过程中,富碳材料的碳化是在惰性气氛中的反应器中实现的,然后使用CO 2 、蒸汽、空气或它们的混合物进行活化以增加表面积和孔隙率[5]。化学活化工艺是一个单阶段工艺,其中将碳质材料与活化剂(例如氢氧化钾、磷酸和氯化锌)混合,然后在惰性气氛下施加高温获得活性炭 [1]。其目的是通过使用任一活化工艺来合成高表面积和高孔隙率的活性炭材料。
通过对预碳化间苯二酚-甲醛球进行化学活化,合成了具有高度堆积六边形排列的多孔碳微球和 S/微球碳复合材料。硫代硫酸钠用作无害的活化剂、S 掺杂剂和硫前体。多孔微球具有较大的表面积(2060-2340 m 2 g -1 )和足够的微中孔率。它们还具有大量的硫杂原子(5-7 %)和高电子电导率(2.3-3.1 S cm -1 )。微球的紧密组织和适当的孔隙率使其在水性和有机电解质中工作的超级电容器中使用时能够实现具有竞争力的体积电容值(分别为 130 和 64 F cm -3 ),同时保持良好的倍率性能。此外,硫含量超过80%的硫/球形碳复合材料被测试用作锂硫电池正极材料,显示出高的硫利用率、大的体积容量值(768mAh cm -3 )和稳定的长期循环性能(每次循环的容量损失为0.086%)。
摘要:本研究论文探讨了用于高性能锂离子电池的多孔活性炭阳极的复杂领域,以满足对先进储能系统日益增长的需求。研究首先深入研究各种合成方法,包括物理和化学活化以及混合方法,旨在优化孔隙率和表面化学。对结构特征的详细研究包括表面积、孔分布、形态和表面化学。先进的显微镜技术和表征工具提供了对结构特征和电化学性能之间复杂相互作用的洞察。走出实验室,本文探讨了多孔活性炭阳极的潜在应用。在电动汽车中,这些阳极有望提高能量和功率密度,这是广泛采用电动交通的关键因素。对于便携式电子设备,重量轻和安全性提高使其成为有吸引力的选择。此外,该研究评估了将多孔活性炭阳极集成到电网规模储能中的可行性,有助于提高可再生能源整合的稳定性和可靠性。解决了环境问题,评估了多孔活性炭阳极的可持续性和可回收性。本文最后总结了主要发现,强调了多孔活性炭在推进锂离子电池技术方面的重要性,并提出了未来的研究方向以克服当前的挑战。大量的参考文献强调了该研究的跨学科性质,结合了多种来源,提供了该领域的全面概述。关键词:电池技术、形态、显微镜、多孔、活性、可再生。1.简介:随着世界向可持续能源解决方案转型,锂离子电池 (LIB) 在为电动汽车、可再生能源存储和便携式电子设备提供动力方面发挥着关键作用。传统阳极材料(例如石墨)在容量、循环稳定性和倍率能力方面受到限制。多孔活性炭源自多种前体,由于其高表面积、可调节的孔隙率和出色的导电性,为解决这些挑战提供了一种创新的解决方案。这些本研究的第一部分深入研究了花生壳活性炭的制备和开发,强调了多级多孔结构的创建。同时,该研究提出了一种从食物垃圾碎屑生物质中生产食物垃圾活性炭(FAC)的可扩展方法,重点介绍了其物理化学特性和多级多孔形态。
大气中二氧化碳 (CO 2 ) 浓度的持续增加引发了全球变暖和气候变化,碳中和是人类社会最重要的目标之一。CO 2 的捕获和转化已成为减缓气候变化和减少温室气体排放的研发热门领域。先进材料和工艺在这些努力中发挥着至关重要的作用。在 CO 2 捕获中,目标是捕获来自发电厂、工业过程和运输等各种来源的 CO 2 排放。正在开发多孔材料、膜和溶剂等先进材料以选择性捕获 CO 2。这些材料具有高表面积和特殊性能,能够有效地吸附和分离 CO 2。西波美拉尼亚理工大学的 Karolina 通过热液工艺从甜菜糖蜜中制备碳质材料,然后进行化学活化,并将其用于 CO 2 捕获(Kielbasa)。具有 2005 m 2 g −1 高比表面积和 0.851 cm 3 g −1 总孔体积的活性生物碳在 1 bar 和 0 °C 下对 CO 2 的最高吸附量为 7.1 mmol/g。一旦捕获 CO 2,就可以通过各种过程将其转化为有价值的产品。人们正在探索先进的催化材料,将 CO 2 转化为化学品、燃料和其他有用的产品。例如,CO 2 可以转化为甲醇,甲醇可以用作燃料或作为生产其他化学品的原料。江苏大学的徐等人用溶胶-凝胶法制备了具有 Cu 2 In 合金结构的 Cu 1 In 2 Zr 4 -OC 催化剂,用于 CO 2 加氢制甲醇(宋等人)。他们发现煅烧前后的等离子体处理可以在一定程度上提高 CO 2 加氢活性。尤其是在煅烧前经过等离子体改性的Cu1In2Zr4-O-PC催化剂上,在反应温度270℃、反应压力2MPa、CO2/H2=1/3、GHSV=12000mL/(gh)的条件下,CO2转化率达到13.3%,甲醇选择性达到74.3%,CH3OH时空产率达到3.26mmol/gcat/h。这是因为等离子体改性可以减小粒径,增强Cu和In之间的相互作用,并使Cu的2p轨道结合能移至更低位置。期待先进技术将在制备具有高CO2转化效率和稳定性的材料方面做出巨大贡献。电化学过程(例如电还原)也正在用于CO2转化的研究。曹等人。嘉兴学院教授综述了电催化领域的最新进展