生物质基分级多孔碳材料的制备及新能源领域应用研究进展

分级多孔碳材料(HPCs)具有不同尺寸的孔道结构,其中微孔提供大的比表面积和丰富的活性位点,而介孔和大孔为粒子传输提供所需的快速通道,在新能源领域中展现出卓越的应用潜力。目前,已开发的分级多孔碳材料种类很多,但是许多材料存在合成步骤繁琐、工艺复杂和原料或前体要求高等问题。因此,从科学和经济的角度来看,选取合适的碳源和简便绿色的制备方法对功能化多孔碳材料的合成尤为关键。生物质作为一种来源广泛、含碳丰富且可再生的资源,成为了制备分级多孔碳材料的理想前体。介绍了分级多孔碳材料的结构特征,综述了生物质基多孔碳材料的制备方法和原料种类。根据生物质原料自身具有的多样性,可设计多样化的孔结构,通过物理活化和化学活化提升多孔碳材料的比表面积和孔体积,并采用N2物理吸附仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及拉曼光谱仪(Raman)对材料结构进行表征。此外,综述了生物质基分级孔碳材料在超级电容器、锂离子电池等新能源领域中的应用前景,简述了多孔碳材料孔结构和比表面积在储氢及释氢中的影响,表明孔结构发达、比表面积更高的碳材料在实际应用中表现出更优异的性能。最后,展望了未来的研究方向,为后续高性能生物质基分级多孔碳的研究提供了指导。

生物质基多孔碳复合材料延长铅酸电池负极循环寿命的方法研究

铅酸电池作为储能系统的支柱,其循环寿命直接影响着可靠性与成本效益。为了提高其性能和可持续性,人们开始关注生物质基多孔碳复合材料作为电池电极的潜在应用。文章介绍了这种材料的优势与特性,可用于改善铅酸电池的性能,并提出生物质基多孔碳复合材料延长铅酸电池负极循环寿命的方法,为未来研究和发展提供了重要的参考。

生物质基多孔碳复合材料在铅酸电池负极中的应用研究

生物质基多孔碳复合材料具备一系列显著特性,因而极适用于多种应用场景,可作为铅酸电池的负极材料。深入探究这些特性,对于提升其在特定应用中的性能表现具有重要的意义。因此,文章分析了生物质基多孔碳复合材料的特性,概述了铅酸电池负极中的重要性以及相关问题,并提出生物质基多孔碳复合材料在铅酸电池负极中的具体应用,以供参考。

生物质基多孔碳材料作为超级电容器电极的研究进展

生物质基多孔碳材料因原料来源广泛、价格低廉、环境友好等特点受到人们广泛关注,将其应用于超级电容器等储能器件可有效促进其在多领域实现高值化应用。本文通过深入分析近年来生物质基多孔碳超级电容器制备及应用的最新技术,从生物质原料种类、生物质基多孔碳材料的优化(活化和掺杂)及生物质基碳电极在不同超级电容器电极材料的应用等方面,归纳总结了生物质基多孔碳材料作为超级电容器电极未来面临的挑战。

生物质多孔碳应用于锂硫电池正极研究进展

锂硫电池作为一种环保可持续发展的储能技术备受瞩目。然而,在实际应用中,锂硫电池的性能面临着一些重要挑战,包括硫正极的体积膨胀、电极的循环稳定性以及锂负极的安全性问题。生物质多孔碳发达的空隙结构和巨大的比表面积以及丰富的官能团,能够有效地吸收正极活性物质,应用在锂硫电池中具有广泛的应用前景,对生物质正极碳材料的制备和优化策略进行了详细阐述,讨论了生物质碳材料的制备方法,杂原子的修饰,及生物质碳基复合材料应用于锂硫电池正极材料,并对未来的发展前景做出了展望。

生物质多孔碳基复合相变材料制备及性能

目前,通过多孔高导热载体与相变材料复合的方式提升有机复合相变材料综合性能的方法得到广泛应用.多孔碳作为负载能力强,导热性能良好的载体材料成为研究的热点,但如何绿色、廉价、简易地制备出该类载体仍是研究的难点.本文以天然生物质材料松木和竹木为碳源,在梯度温度和氮气气氛下热处理,使生物质材料碳化并进一步发生石墨化转变,制备出生物质天然孔道结构的多孔高导热碳基载体材料.采用真空熔融浸渍法将有机相变材料石蜡和多孔碳基载体材料进行高效复合,制备得到生物质多孔碳/石蜡复合相变材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、同步热分析仪(TGA)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、压汞分析仪(MIP)、差示扫描量热仪(DSC)、激光导热仪对载体材料及复合相变材料进行结构表征和性能测试.测试结果表明:生物质多孔碳载体材料孔道结构保存完好,石墨化转变明显,保证了有机相变芯材的高效稳定负载.传热效率上,相比于纯石蜡芯材,以松木和竹木为碳源制得的多孔碳/石蜡复合相变材料热导率分别提高了100%和216%,达到了0.48 W·m^-1·K-1和0.76 W·m^-1·K^-1.在此基础上,通过对比松木和竹木为原料制得的复合相变材料的芯材负载量,相变焓值,热导率的变化,进一步探讨了生物质结构对复合相变材料性能的影响机制.

生物质多孔碳材料的水热合成及应用研究进展

生物质作为典型的可再生能源,具有负碳属性,符合绿色发展的要求。水热炭化是在相对温和的条件下将生物质转化为各种功能性碳材料的过程。本文综述了近年来以单糖(葡萄糖、果糖和木糖)、木质纤维(纤维素、半纤维素和木质素)和壳聚糖等生物质为原料,通过水热法转化为生物质多孔碳材料的研究进展,重点讨论了生物质多孔碳材料在气体吸附、染料吸附和重金属离子吸附领域的应用,并提出了生物质水热合成高性能和对环境友好的多孔碳材料的未来研究方向。

用作锂电池负极材料的多孔生物质碳的合成及表征

以藕片为碳源制备生物质多孔碳用作锂电池负极材料,在不同电流密度下的倍率性能测试中,0.1 A/g电流密度下电池首次充放电容量最高可达500 mAh/g,经过60圈循环后电流密度再次恢复到0.1 A/g,生物质多孔碳放电比容量仍然高达500 mAh/g。在电流密度0.5 A/g下,比容量最高可达212 mAh/g左右,经过700次循环比容量仍可维持200 mAh/g,其放电容量保持率为99.4%,显示出材料良好的循环稳定性。说明该碳材料不仅具有较高的循环稳定性还具有较好的倍率性能。

定向生物质多孔碳复合相变材料的制备及其热性能研究

针对石蜡热导率低以及易泄漏等问题,以生物质木头多孔碳作为导热填料骨架,利用壳聚糖改性木头多孔碳在其竖向孔道中生长碳薄片形成分级多孔网络结构,并与石蜡复合制成定形复合相变材料(PCC)。结果表明,由于分级多孔网络骨架的引入,PCC的定形效果好,无明显泄漏,其相变焓值为126.9 J/g,经100次熔化凝固循环测试,其相变温度和焓值均无明显变化,具有良好的循环稳定性。PCC的导热性能具有较大提高,且呈现明显的各向导热异性,平面外和平面内热导率分别为0.67和0.41 W/(m·K)。此外,通过模拟太阳光进行光热实验,发现PCC具有良好的光热转换性能。本复合相变材料在储热以及热管理领域具有应用前景。

生物质多孔高导热碳基复合相变材料热性能的研究进展

通过现有文献的研究总结了生物质基的制备方法,主要通过物理改性方法制备出生物质基三维多孔碳载体、生物质气凝胶等封装相变材料防止泄露;通过高分子聚合、静电纺丝等化学制备法实现对相变材料的封装。针对复合相变材料导热性能差提出多孔材料吸附、微胶囊化、添加导热材料等方法以提高导热性能。对比了以无机多孔材料为载体和以生物质多孔基为载体的不同复合材料的导热系数,分析两种载体的优缺点。同时指出多元混合相变材料与生物质微胶囊化的研究方向,且目前在生物质基的基础上添加高导热材料的研究相对较少,对此不足之处进行探究,在未来可以制备出性能更佳的复合材料应用于更多领域。

咖啡渣制备多孔碳材料及其在锂离子电池上的应用

以咖啡渣为原料,利用碳化与活化反应制备出多孔的碳材料,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜、Raman光谱和N2吸附脱附等方法分析该材料的物理化学性质.结果表明:该材料具有较高的石墨化程度;当质量电流密度为0.1A/g时,其首圈放电和充电质量比容量值分别为1 029mA·h/g和461mA·h/g,且循环稳定性较好,其质量比容量远高于石墨的理论容量(372mA·h/g).

基于木薯秸秆制备三维多孔碳及其在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池是一种可以从污水中直接回收能量的新型装置。然而,相对低的输出功率密度严重限制了它的应用。阳极材料对于提高其功率密度和能量转换效率至关重要。本文利用一步碳化法基于农业废弃物木薯秸秆制备了先进的三维多孔碳阳极,用扫描电子显微镜观察了所制备的材料的形貌,发现其内部呈现天然筛管式大孔结构,可有利于增大阳极生物负载量和优化传质作用。利用交流阻抗谱、循环伏安技术以及双室微生物燃料电池结构研究了材料的电化学性能,结果发现,800℃下碳化得到的三维多孔碳具有最优的电化学活性和最佳功率输出,其最大功率密度高达73.0W/m^3,是商业碳纸的3.7倍。此研究为构筑高效生物化学体系电极材料提供了新思路和新方法。

基于生物质制备活化三维多孔碳及其在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池是一种能把污水中有机物蕴含的化学能直接转换成电能的装置。目前,相对低的输出功率密度限制了它的应用。开发高性能的阳极材料是解决途径之一。基于生物质秸秆利用Hummers氧化法结合抗坏血酸还原法制备了活化三维多孔碳阳极,用扫描电子显微镜观察了所制备的材料的形貌、发现活化过程可以产生许多大小不一的孔结构,可有效帮助传质扩散。交流阻抗谱、循环伏安测试表明,活化可以大大提高三维多孔碳的电化学性能,基于活化三维多孔碳3DPC阳极所制备的微生物燃料电池(MFCs),最大功率密度可达到1184.5W/m^3,远远高于改性前(774.8W/m^3)。此研究为构筑新型三维碳基阳极提供了新思路和新方法。

茄子衍生多孔碳负载聚乙二醇相变复合材料

以茄子为原材料,通过水热处理–后续热解法及直接热解法分别制备出两种不同的茄子衍生多孔碳材料(HBPC和BPC).以茄子衍生多孔碳材料为载体,采用真空浸渍法负载相变芯材聚乙二醇(PEG2000),制备出聚乙二醇/茄子衍生多孔碳材料复合相变材料.通过扫描电镜、拉曼光谱、压汞法、傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射仪、热重分析仪和差示扫描量热仪对其进行结构表征及性能测试.结果表明,通过直接热解法制得的茄子衍生多孔碳材料为载体的聚乙二醇/茄子衍生多孔碳材料复合相变材料具有更好的相变储热效果,负载聚乙二醇的质量分数高达90.60%,熔融潜热为133.98 J·g^-1,达到了较好的定形相变效果及良好的循环稳定性.

天然生物质碳在锂硫电池正极材料中应用的研究进展

锂硫电池具有较高的理论比容量(1675 mA·h/g)和能量密度(2600 W·h/kg),被认为是最具发展前景的高能量密度储能电池系统之一。然而该体系还有一些问题尚未解决,如活性物质硫的导电率过低、多硫化物溶于电解液造成的穿梭效应和活性物质损失以及脱/嵌锂过程中发生的体积膨胀等,会导致电池库伦效率低、循环性能差和容量衰减快,严重阻碍锂硫电池的商业化应用。近年来,天然生物质碳材料因高导电性、大比表面积、异质元素掺杂、价格低廉等优势,作为包覆硫基体广泛应用于锂硫电池正极材料中,可极大地提高硫的利用率,抑制穿梭效应。本文系统总结了不同来源天然生物质碳材料的合成、优化以及作为硫载体的应用进展,并对其未来的发展前景做出展望。

氮氟共掺杂多孔碳作为微生物燃料电池阴极催化剂的性能研究

微生物燃料电池(MFCs)是一种通过微生物的代谢作用将废水中有机物蕴含的化学能直接转化为电能的绿色技术。以合成低成本、高活性的阴极催化剂为目标,利用废弃生物质为碳源,以氟化铵为氮、氟源,以KOH为活化剂,制备出氮氟共掺杂的无金属多孔碳催化剂,从而提高MFCs阴极的氧还原反应(ORR)活性。在KOH∶C=2∶1时,所得碳材料的比表面积为648.7 m^2/g;当其作为MFCs阴极催化剂时,最大功率密度可达到1 002.8 mW/m^2,电子转移内阻为26Ω,性能均优于商业Pt/C。结果说明所得碳材料的ORR催化性能良好、所用原料环境友好,为实现MFCs阴极催化剂的低成本制备提供新的参考。

生物质基多孔碳在超级电容器中的应用进展

介绍了近期国内外生物质多孔碳的最新研究进展,并对以生物质作为前躯体制备多孔碳材料的制备方法、孔结构的控制以及微观形貌的调控等进行了综述,并对其在超级电容器中的应用情况进行了总结和展望。

生物质多孔碳应用于锂硫电池的研究进展

锂硫电池具有理论能量密度高(2600Wh/kg)、成本低、环境友好等优点,有望成为下一代最具潜力的高容量储能电池。然而单质硫和放电终产物LiS/LiS的导电性差、多硫化锂的“穿梭效应”仍是造成锂硫电池容量衰减的主要原因。研究表明,碳基材料用作活性硫的载体是提高锂硫电池电化学性能的有效途径。近年来,生物质碳材料因具有独特的化学组成、来源广、低成本和易制备的优点,已被广泛应用于构筑锂硫电池正极材料。综述了不同的制备方法对各种生物质碳材料的孔结构及其碳硫复合正极材料电化学性能的影响。分析了各制备方法与生物质多孔碳硫复合物存在的缺陷,并对其未来的发展方向做出了展望。

多孔生物炭材料/聚乳酸可降解阻燃材料的制备及性能研究

以聚乳酸(PLA)为基体,利用白酒糟制备多孔炭材料(CDDGS),利用间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)为改性剂,采用熔融共混的方法制备了PLA/R-CDDGS阻燃复合材料。通过热重分析和接触角分析了RDP对CDDGS的热稳定性以及亲水性的影响,结果表明,经RDP改性后的CDDGS接触角增大,改性效果明显,热稳定性能优异;通过力学性能、热重分析、氧指数和垂直燃烧测试以及对残炭的SEM、红外、拉曼和XRD等测试了R-CDDGS对PLA的力学性能、热稳定性以及阻燃性能的影响,结果分析表明,R-CDDGS的添加可提高聚乳酸的拉伸强度和断裂伸长率;并且在PLA材料中起到了很好的阻燃作用,对PLA基体有催化成炭的作用。在R-CDDGS添加量为5%时,拉伸性能达到最佳,为76.9 MPa,断裂伸长率为8.68%;当R-CDDGS含量为20wt%时,LOI值为26.5%,燃烧级别为V-2级。

多孔碳化棉复合SnO2锂离子电池负极材料的制备及性能研究

以脱脂棉为原料通过Mg2+模板法获取多孔碳化棉结构,再通过水热法在其表面及内部孔隙负载SnO2颗粒,获得多孔碳化棉与SnO2颗粒的复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、X射线衍射分析(XRD)分析材料的微观形貌,利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试评价其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,通过Mg2+模板法获取负载有SnO2颗粒的多孔碳化棉结构作为负极材料时,在300 mA/g的电流密度下,其容量在100圈后仍维持在500 mAh/g,是一种前景较为理想的锂离子电池负极复合材料。