生物碳导电剂增强印染废水脱盐性能研究

流动电容去离子(Flow electrode capacitive deionization,FCDI)技术是一种用于污水处理的高效脱盐技术。由于流动电极浆内活性物质的导电性低,抑制了FCDI的电流效率和脱盐性能。因此,通过引入生物碳材料如碳化细菌纤维素(Carbonized bacterial cellulose,CBC)、碳化几丁质(Carbonized chitin,CCH)和碳化秸秆(Carbonized straw,CSW)作为导电剂加入流动电极,以提高活性材料[活性炭(AC)]的利用率。研究发现:在施加电压为1.8 V和盐水浓度范围为1.01~35.00 g/L的条件下,质量分数为5%的AC中加入质量分数为0.25%的CBC的除盐率为1.26~5.92 mmol·L^(-1)·(m^(2)·s)^(-1),高于质量分数为5%的AC的除盐率[0.09~2.58 mmol·L^(-1)·(m^(2)·s)^(-1)]。电化学和物理表征分析进一步表明,与引入球形炭黑颗粒(Carbon black,CB)相比,CBC可以更有效地在流动电极中形成相互连接的导电网络,从而提高流动电极的整体导电性。最后,所建立的FCDI系统在印染尾水脱盐中显示出良好的效果和应用潜力。

石墨烯与导电炭黑Super-P复合导电剂对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)锂离子电池性能的影响

主要以石墨烯(Gen)、导电炭黑Super-P(SP)以及复合导电剂石墨烯/导电炭黑(Gen/SP)为研究对象,将LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)作为正极材料,通过制备浆料、涂布、卷绕等工艺,分别制备了单一导电剂SP、Gen,以及不同质量比复合导电剂Gen/SP的软包电池。采用XRD、SEM和恒流充放电等测试手段,研究了不同含量的导电剂与正极颗粒的复合情况,以及对电池性能的影响。结果表明,复合导电剂含量为1.0%时,电池性能最优;复合导电剂含量为0.5%时,电池性能最差。复合导电剂的电池性能优于单一导电剂,含量为1.0%的复合导电剂Gen/SP(5∶5,w/w)制备的软包电池性能最优,0.1 C首次放电比容量为160.38 mAh/g,0.5 C循环100次后容量保有率为97.3%。

改性多壁碳纳米管导电剂对锂电池正极性能影响

实验室合成的多壁碳纳米管,经酸洗化学改性后可作锂离子电池导电剂,用于制备正极极片并组装扣式半电池。通过扫描电子显微镜观察导电剂改性后在正极浆料中的分散情况,通过红外能谱判断官能团嫁接效果,利用四探针电导率测试仪、电化学工作站及充放电循环平台测试电池正极的电化学性能。结果表明:多壁碳纳米管在化学改性后能均匀分散在正极浆料中,较改性前锂电池正极片电导率提升率约为486.30%,内部电阻值下降率约为88.96%;扣式半电池电荷转移阻抗下降率约为89.00%,电池放电容量高、循环稳定性高、波动小。经化学改性的多壁碳纳米管导电剂相较于传统导电剂具有更优异的电化学性能,导电剂纯度较高且不易团聚,在表面官能团的作用下与活性物质颗粒间有良好的界面结合力,从活性物质颗粒到导电剂再到集流体之间形成了多条电子通道,从而提升了锂离子电池正极电化学性能。

干燥工艺和导电剂对镁空气电池放电性能影响

为研究正极干燥工艺和不同导电剂对正极电化学性能以及镁空气电池放电性能的影响。通过扫描电镜表征了正极材料的微观结构,采用电化学方法测试了极化曲线、电化学阻抗谱和空气电池放电性能。结果表明:以20 mA/cm^(2)电流密度放电时,使用真空冻干法制备的正极PTFE呈网状均匀分布,电压平台最高为1.1 V且保持稳定;以碳纳米管作为导电剂时,正极呈“珍珠串”结构,增加了反应活性位点,电池放电性能最好。

石墨烯和碳纳米管二元复合导电剂对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)锂离子电池性能的影响

主要以石墨烯(Gen)、碳纳米管(CNTs)及其二者的复合材料石墨烯/碳纳米管(Gen/CNTs)为研究对象,将其以不同的含量、比例添加在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)中,制备了一系列软包电池。通过XRD、SEM、电化学性能等测试研究了不同导电剂与正极材料结合情况,以及导电剂含量配比对锂离子电池性能的影响。结果表明:电池的性能与导电剂含量密切相关,并且复合导电剂的性能优于单一导电剂。在石墨烯/碳纳米管比例相同的情况下,随着导电剂添加量增加,电池的内阻显著降低,放电容量、倍率性能、循环性能均得到改善。导电剂为1.5%Gen/CNT(3/7,质量比)时,0.2 C下放电比容量可达163.2 mAh/g,在5 C下放电比容量仍可达85.5 mAh/g,其循环性能也最好,1 C循环200次后,容量保持率可达103.12%。

二元导电剂对锂浆料电池性能的影响

电子传导是以悬浮液为电极的锂浆料电池性能受限的关键因素之一,本工作以碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Gen)新型导电剂与科琴黑(KB)、卡博特炭黑(Cabot)传统导电剂不同比例混配成二元导电剂,通过电子扫描显微镜观察、浆料的沉降率、电导率、电化学阻抗谱、电化学性能测试等方法研究了二元复合导电剂对锂浆料电池性能的影响。研究结果表明:CNTs缠绕在活性颗粒的表面形成较多的导电位点,炭黑又围绕在活性颗粒及CNTs周围形成覆盖面更广导电路径,炭黑还附着在Gen表面,提高其垂直方向的导电能力,但Gen具有团聚、分散不均匀的现象;含Gen的浆料起始沉降速度低,且吸液保液能力好,沉降率长期稳定在3.10%;复合导电剂1%Cabot+0.3%CNTs的浆料电导率高达124.75 mS/cm,半电池的电化学转移阻抗仅有42Ω,其放电比容量为171.06 mAh/g,首次充放电效率高达86.01%,循环230次后容量保持率仍有92.78%。

导电剂梯度化分布对锂离子电池性能的影响

如何在保持导电剂总体含量不变的前提下提升电池性能是学术界和产业界共同面临的难题。目前电极制作采用均匀分布的方式没有考虑分布差异性的影响。通过在磷酸铁锂(LiFePO4)电极片制作过程中采用双层涂布浆料的方式,使导电剂含量从集流体到隔膜方向上呈梯度化分布。采用恒流恒压循环实验、倍率性能实验、交流阻抗实验、循环伏安实验和扫描电镜测试,研究了导电剂梯度化分布对锂离子电池性能的影响。结果表明:靠近集流体一侧导电剂含量为9%(质量分数)的样品和没有梯度化的样品,初始比容量分别为154.1和149.3 mAh/g,电荷转移阻抗分别为184.8和384.4Ω,说明前者的性能较后者有一定程度的提升。

石墨烯导电剂用于高容量硅碳负极材料

石墨烯具有导电性好、力学性能好和化学稳定性良好等特点,可以用来改性高能量密度硅基负极。将石墨烯作为添加剂,研究石墨烯与导电炭黑Super P的复合对硅碳负极材料电化学性能的影响。石墨烯可以延长电极的循环寿命,当与Super P的质量比为1∶1时,所得电极的电化学性能最好:以100 mA/g电流在0.005~1.500 V循环50次,可逆比容量为901.9 mAh/g,容量保持率为84.7%;大电流放电性能也得到改善,在1000 mA/g电流下的可逆充电比容量为456.5 mAh/g。添加石墨烯可改善硅碳复合负极的导电性,充分发挥活性物质材料的容量,提高储锂性能。

复合导电剂对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)性能的影响

为进一步优化锂离子电池的导电网络,研究炭黑、纳米碳纤维和碳纳米管(CNT)等3种导电剂复合对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)正极电化学性能的影响。二元导电剂的复合要好于单一导电剂,三元导电剂的复合要好于二元导电剂。当总导电剂质量分数为1.5%时,在3.0~4.2 V的充放电实验发现:炭黑、纳米碳纤维和CNT的质量分数分别为0.9%、0.4%和0.2%时,具有最佳的55℃高温循环性能,以1.0 C循环85次的容量保持率为56.81%;当质量分数分别为0.9%、0.3%和0.3%时,三元复合导电剂具有最小的电荷传递电阻2.97Ω,相较质量分数为1.5%的单一炭黑,0.5 C循环2次的比容量提升了5.26 mAh/g,10.0 C高倍率放电性能提升了15.76%,1.0 C常温循环容量保持率提升了26.66%。

石墨负极锂离子电池中两种导电剂的研究

采用研磨法,按质量比(人造石墨∶导电剂∶粘结剂=8∶1∶1)分别制备了导电剂为炭黑类SP和石墨类KS-6两种电池,同时按质量比(纯人造石墨或两种导电剂∶粘结剂=9∶1)分别制备了纯人造石墨、纯导电剂SP及纯KS-6三种电池.分别通过电子扫描显微镜(SEM)、蓝电测试系统及电化学工作站对以上五种电池的电极形貌、电池的比容量、循环稳定性及电化学阻抗进行了表征.研究发现,炭黑类导电剂SP在维持石墨电极导电性、电池循环稳定性及降低电池电阻上性能优于石墨类导电剂KS-6.以炭黑类导电剂SP组装的电池具有358.1mAh/g的首次放电比容量和75.59%的首次库仑效率,150次循环后,可逆比容量保持在416.5mAh/g.

复合炭导电剂改性高镍三元NCM811正极材料研究

高镍三元正极材料在发展高比能量锂离子电池方面具有良好的应用前景。为研制兼具高比容量和高导电性的高镍正极材料,本文从改善镍钴锰(NCM)811高镍三元正极电子导电性的角度出发,研究了二元复合炭导电剂对高镍三元811正极电化学性能的影响及其机制。结果表明,线性气相生长炭纤维(VGCF)的结晶度和石墨化程度最高,导电性最佳,其次为多壁炭纳米管(MW-CNT)。以零维粒状炭黑(CB)为基础导电剂,探讨了二元复合炭导电剂对NCM811高镍三元正极性能的影响。结果表明,最佳二元复合炭导电剂由石墨化程度较高、导电性较好的MWCNT与纳米炭黑组成,其分散均匀、点线结合形成的三维导电网络最利于电子传导。将其用于高镍三元NCM811正极,首次放电比容量达185 mAh·g^(-1);循环200次后容量保持率达89%,循环稳定性得以显著改善。

纳米级碳导电剂的种类对LiCoO_2电化学性能的影响

比较了乙炔黑、碳纤维和碳纳米管这3种碳材料作导电添加剂对锂离子电池正极电化学性能的影响。结果表明,导电剂的种类对电极的电化学性能影响较大。粒状乙炔黑不利于导电网络的形成,电极的极化严重;而线性导电剂,特别是碳纳米管,由于其高结晶度、良好的一维结构以及同心圆柱微结构,因而表现出较好的导电性,在电极中易形成良好的导电网络,减轻电极的极化,有利于降低导电剂及粘结剂在锂离子二次电池正极材料中的用量,提高活性材料的利用率以及锂离子二次电池的能量密度和充放电倍率。在2C充放电倍率下,碳纳米管/钴酸锂复合电极仍具有120 mA.h/g的放电比容量,达到0.5C时的95%。

碳纳米管作导电剂对LiFePO_4锂离子电池性能的影响

考察添加碳纳米管作导电剂对LiFePO4锂离子电池性能的影响。采用液态锂离子电池工艺制备063048型LiFePO4锂离子电池,利用XRD,SEM及充放电方法对电池电极的结构、表面形貌和电化学性能进行表征和测试。研究结果表明:添加碳纳米管作导电剂的极片压实密度与未添加的相比提高了5%,同时也形成了良好的导电网络,电池内阻较小,电池首次放电容量达到131.8 mA.h/g,而未添加碳纳米管的首次放电容量为124.6 mA.h/g;添加碳纳米管作导电剂电池的循环性能较好,120次循环后容量几乎没有衰减,而未添加碳纳米管的电池经120次循环后容量保持率为94.1%。添加碳纳米管作导电剂电池的倍率性能优异,其6C的放电容量是0.5C的81.8%(其中,C为电流倍率),未添加碳纳米管的电池6C的放电容量是0.5C的75%。添加碳纳米管作导电剂的电池,电极界面阻抗比未添加碳纳米管的电池的界面阻抗小。

石墨烯/炭黑杂化材料：新型、高效锂离子电池二元导电剂

采用CTAB为表面活性剂将氧化石墨烯和炭黑均匀分散,经水热过程将二者组装到一起,进而高温热处理得到石墨烯/炭黑杂化材料。该材料是一种具有独特结构和良好性能的石墨烯/炭黑杂化材料作为锂离子电池二元导电剂。炭黑颗粒均匀分布在石墨烯表面,可防止石墨烯片层团聚并进一步提高电子导电效率。由于炭黑可增加对电解液的吸附,促进电极内部锂离子的传输过程,最终提高锂离子电池的倍率性能。结果表明,使用质量分数5%900℃热处理之后的二元导电剂的LiFePO4,在10C时比容量为73mAh/g,优于使用10%炭黑导电剂时的LiFePO4(10C比容量为62mAh/g)。按照整个电极质量计算,前者的比容量性能比后者提高了近25%,同时在循环性能方面,前者的稳定性也优于后者。

导电剂对锂离子电池性能的影响

综述了锂离子电池电极中添加不同的导电剂对电池性能的影响。用碳黑作为导电剂能明显改善电池的性能;采用具有特殊形状的碳丝则有更好的效果;采用电导率高的金属作为导电剂,可以使电池在大电流充放电时保持高容量和高循环效率;导电剂的含量对电池的性能也有明显的影响,过多则活性剂成分少,容量低;太少则导电性差,电池容易产生极化;导电剂的粒度和分散程度对电池的性能也有重要影响。此外,混料前对导电剂进行一些表面处理也能明显改善电池的循环性能。

碳纳米管复合导电剂及其在锂离子电池负极中的应用

将准一维结构的多壁碳纳米管和零维结构的导电乙炔炭黑均匀分散制备复合导电剂,并将其加入商品化锂离子电池负极材料中,考察复合导电剂对负极电化学性能的影响。结果表明,该碳纳米管复合导电剂可有效提高电极材料的首次库仑效率和循环寿命。

科琴黑(KB)导电剂在LiFePO_4电池中的应用研究

采用扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电测试、电化学交流阻抗(EIS)等技术方法,研究了KB添加量以及KB在LiFePO4正极浆料中分散方式对电极片涂层附着力及其电池充放电、循环性能的影响,对比了KB和乙炔黑(AB)导电剂LiFePO4电池的电化学性能。研究结果表明,高速剪切可以有效解决KB在LiFe-PO4电极浆料制备过程中易于团聚的问题,改善电池浆料分散性,提高正极片涂层附着力;KB添加量过高过低都会对电池性能造成影响,当KB的添加量为3%时,1C倍率下的放电比容量高达约141mAh/g。

导电剂分布状态对锂离子电池性能的影响

通过添加表面活性剂KD-1,制备了均匀分布有Super-P炭黑/气相生长碳纤维(VGCF-H)复合导电剂的电极。导电剂的均匀分布可提高锂离子电池的循环性能和倍率性能。正极活性物质为尖晶石LiMn2O4的电池,以1.0C在3.30～4.35 V循环100次的容量保持率为94.5%;以0.2C充电、不同电流放电循环,第4次循环的2.0C放电比容量为0.2C时的70.3%。

含碳纳米管导电剂改善LiCoO2电极电化学性能

采用多壁碳纳米管(MWCNTs)和片状石墨(FNG)的复合物作导电剂来改善LiCoO2电极的电化学性能,并用恒电流充放电和扫描电子显微镜(SEM)对这种含MWCNTs的LiCoO2电极进行了研究。结果表明,复合物导电剂提高了LiCoO2电极的电化学性能。MWCNTs/FNG质量比为5的复合物(FNG-MWCNTs)作导电剂,LiCoO2电极的0.2C首次放电容量约为154.2mAh/g。和单纯的MWCNTs作导电剂相比,FNGMWCNTs作导电剂,LiCoO2电极有好的倍率放电性能,在3C倍率放电电压更高,放电比容量更高。原因可能如下:首先,MWCNTs、FNG和Li-CoO2颗粒三者实现了均匀的分散;其次,MWCNTs把多个孤立的FNG联系起来,形成了更为有效的导电通道。

导电剂对柔性锌锰电池放电性能的研究

研究了掺杂多壁碳纳米管、石墨及乙炔炭黑对柔性锌锰电池电化学性能的影响。分别在不同的放电电流的条件下,测试电池的放电性能。研究结果显示,掺杂导电剂后锌锰电池的性能均得到显著提高。其中碳纳米管掺杂锌锰电池表现性能最佳,其次是乙炔炭黑和石墨。其中掺杂碳纳米管电池0.2 mA放电时间高达252 h,容量为50.4 mA·h,且在0.8 mA和1 mA较大电流放电时,容量损失率最低,其掺杂效应远高于其他导电添加剂。