《多孔炭的结构调控及应用》

科技   2024-10-21 14:18   辽宁  

2024硅负极用多孔碳材料技术研讨会在广东深圳顺利召开并圆满闭幕。

本次会议由材能时代主办,由苏州兴业材料科技股份公司晚宴冠名,由南方科技大学、苏州纽姆特纳米科技有限公司、深圳沃飞科技有限公司、东莞市志远高热机械科技有限公司、咸阳科源新材装备有限公司、理化联科(北京)仪器科技有限公司、四川贝亿特科技有限公司协办,本次共得到了33+参展单位的支持,来自300+单位、500+杰出代表参加了会议,会议现场人气高涨。会议诚挚邀请多孔碳材料产业链相关的专家学者、工程技术人员等共聚一堂,充分交流、 集思广益、相互切磋。

13日上午:

多孔炭的结构调控及应用
佛山大学 陈永 教授
报告主要从以下部分展开:

一、多孔炭应用背景

多孔碳的应用:医药生态环境应用、电化学储能及应用、新能源相关的应用领域。

目前能源问题和环境问题,导致了我们要使用清洁能源,清洁能源在我们国家主要有三大基础。第一个是电动汽车,而且马路上的电动汽车今年的销售量已经达到51%以上。第二个是新型的清洁能源,风能、太阳能、这种新型清洁能源,在使用,就带来一个问题,就是说它是间歇性不稳定性的。所以在这里使用的过程中,需要一个储能装口,这个储能主要有电储能和氢储能;第三个就是对于燃料电池车氢能的使用。这三个举措如果全部都实现了,我相信我们的这个能源的危机和环境问题都能得到一个解决。

二、多孔炭的结构调控

多孔炭材料的关键核心-孔结构

多孔碳的结构是相对比较复杂的,合适的孔结构对应多孔炭的应用非常重要,孔径大小与被吸附的分子大小一致,是决定多孔炭性能发挥的关键。随着孔结构的活化性能增加,它的全微孔的一直到这个介孔的孔结构增加,这种看的话,它表现了良好的一个吸附性能。

多孔炭表面化学状态对电容的影响

多孔炭表面不可避免的存在官能团,以化学键形式存在于碳边缘和缺陷,使活性炭表面呈现出微弱的酸性、碱性、亲水性或疏水性。热处理导致官能团的分解,表面官能团种类取决于最高处理温度。

不破坏孔结构,营造丰富的氧官能团方法:

原始样品在主要以醚、酚等官能团为主 氧化后的样品含有更多的羧基、羰基官能团。

原始样品以C−O为主,酚类、醚类是其主要官能团。氧化过程中,COOH和C=O含量迅速增加;  300℃热处理后,COOH含量迅速减少,O-C=O含量突然增加;   热处理温度高于700℃后, C−O、 C = O为主。

含氧官能团与电容之间的关系

影响多孔碳的第二个主要因素就是多种碳的表面化学状态,这个是很多人研究者或者是开发者的,象征忽略的一个状态。但它是不可忽略的一个影响因素。我们知道所有的碳材料除了它的完整的基面以外,其他的在门边和台阶的地方,以及在缺陷的地方都会连上我们所谓的官能团。这个官能团就影响到它的一个吸附性能。

氧化后的样品比原始样品表现出更高的初始比电容。

随后循环过程中,比电容逐渐增加。这是由于氧官能团的存在使离子更容易进入较深的微孔里,提高了孔的利用率。

有机官能团能够提供赝电容,也是电容器胀气(安全性)和影响循环性能的重要因素。 

三、多孔炭在超级电容器中的应用

电极材料-多孔炭是影响超级电容器性能和生产成本的最关键因素。一方面,它不是决定电容的一个决定因素,它是一个因素。孔径分布是对电流有自大影响的一个因素。第三个电解液。你用水系统和用有机系统孔结构要求的孔径分布是不一样的。

四、多孔炭在硅碳材料中的应用

Si理论比容量4200 mAh/g,但是它有一个最大的科学问题,一个是体积膨胀导致颗粒的损坏,电机材料的破坏还有反复破坏过程中SEI的形成。

解决办法:

1、硅纳米化 

2、SiOx/C  

3、硅碳(CVD)

CVD法的关键核心技术:

1、设备工艺:回转窑法vs流化床法

 2、核心材料:多孔炭品质要求极高

3、核心材料:硅烷气-特气-多孔炭

五、电催化剂载体

随着微孔孔容增加,催化剂表面电容增大,表明催化剂表面K+聚集,从而增大了电荷转移电阻(Rct);相反,随着介孔容增加,物质传输电阻(Rmt)减小,表明介孔有利于H2O传输,加快碱性HER动力学。

六、多孔炭制备及应用的关键问题

1、孔径可控制备

2、表面化学状态

3、微观结构控制
4、石墨化度-导电率
5、高纯化
6、产品一致性
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