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    石墨烯超級電容器實驗研究報告

    文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2021-08-07 10:06:00【

     超級活性炭具有巨大的比表面積、孔徑分布相對集中、低灰份和良好的導電性等特點,在電化學儲能領域具有廣泛的應用前景。堿法活化,特別是KOH活化石油焦是目前常用的制備超級活性炭方法,但其工業化制備仍存在諸多產品質量問題。在前期攻克KOH活化過程中反應器內部傳質優化技術、金屬鐘的安全處理技術、低灰份控制技術、粒徑拉制技術、表面處理技術基礎上,我們成功制備出30噸/年規模超級活性炭產品。本文W此材料為主要原料,分析了其物化結構,對比了其與商業電容活性炭的物性差異,考察了其在超級電容器及Li-S電池正極中的電化學應用性能,得到結論如下:

     

    (1)W石油焦為原料、KOH為活化劑,噸級規模制備出超級活性炭粗品,進一步通過灰份控制、粒徑控制、表面后處理技術,得到超級活性炭產品(SAC)。其主要性能指標如下:平均粒徑~5μm,振實密度>0.35g/cm³,電導率>4S/cm,比表面〉2000m²/g,平均孔徑l-3nm,灰分<0.07wt%,氧含量<2wt%。與商業化電容活性炭相比,所制SAC具有最高的比表面積、最低的灰分和氧含量、相對集中的粒徑分布。
     
    (2)當用于超級電容器電極材料時,在ET4NBF4/PC體系,SAC的比容量在0.5A/g時為122F/g,在10A/g時的比容量是104.6F/g,僅下降了14%,循環5000次后容量保持率為94.5%,性能優于目前商業電容活性炭。進一步對比了SAC在組明F4/PC和ET4NBF4/PC電解液體系中的電化學行為。由于SBP+具有較小的離子半徑,SAC在ET4NBF4/PC中的比容量比在ET4NBF4/PC中高10%,且正負極容量對稱性更佳,5000次循環容量保持率為96.2%。
     
    (3)探討了SAC在高性能Li-S電池正極材料中的應用潛力。首先WSAC為單質硫載體材料,采用烙融浸潰法得到SAC/S復合材料。由于SAC豐富的微孔結構可W對多硫離子產生較強的限域作用,SAC/S在0.5C時的首次放電比容量為870mAhgi,經過300次循環,容量保持率為67%。其次WSAC作為功能性涂層,直接涂覆在硫電極或商業化隔膜的表面來抑制長鏈聚硫化物向負極的穿梭。正極涂覆和隔膜涂覆都能顯著提升裡硫電池的放電容量和循環穩定性。但是正極涂覆層在循環過程中有可能因為電極體積變化而破裂,失去保護作用,相比之下,隔膜涂覆層則能保持較好的穩定性。當使用隔膜涂覆層,硫正極在化5C時的首次放電容量為1320mAhg­­­­^¹­­,經過100次循環后,可逆容量為997mAhg~¹,容量保持率為76%,在3C時仍能獲得673mAh¯­­¹的可逆容量。
     
     

     

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