活性炭的制备、改性及其在锂硫电池中的应用

【摘要】活性炭(ActivedCarbon,简称AC)因为具有比表面积高、微孔发达、吸附能力强等优点,被广泛应用于电极材料、化工、催化剂载体、环保和食品与制药等领域。而为了满足生产生活和科学发展的需要,比表面积超过3000m2/g的高比表面积活性炭的制备与应用也越来越多的为人们所重视,高比表面积的活性炭也成为了人们在能源储存和环境保护领域的研究热点。本文以海南的椰子壳做为原料,以化学活化法,在惰性气体氮气的保护下,制备高比表面积活性炭,并通过正交实验和单因素实验,对活性炭制备过程中,活化剂的选取、碱碳比、活化剂与碳化料的混合方式、碳化温度、碳化时间、活化温度、活化时间等因素在制备过程中对活性炭的孔结构的影响进行了研究。最终确定了优化的实验工艺方法和工艺条件,通过碘吸附值法对活性炭的微孔进行了测定,通过BET法(低温氮气吸附法)对活性炭的比表面积和孔结构进行了测定。同时,用制得的活性炭作为制备锂电池的正极的电极材料,通过一定的工艺过程,组装成锂硫电池,通过对锂硫电池的充放电性能的探索,研究探讨活性炭的孔结构、比表面积对锂硫电池的性能的影响。实验的结果表明,以椰壳为原料,在实验室的管式炉中制备活性炭的最佳工艺条件为：在惰性气体氮气的保护下,在10℃/min的升温速率下,首先将椰壳粉末升温至碳化温度350℃,在这一温度下保温(碳化时间)120min,进行碳化,待冷却至室温后,在以KOH为活化剂,在碱碳比为4的条件下,在惰性气体氮气的保护下,先升温至300℃(预活化温度),保温1h(预活化时间),再升温至750℃(活化温度),保温60min(活化时间),待冷却至室温,得到成品活性炭。制得的活性炭的碘吸附值为2831.014mg/g,BET值为3125m2/g,孔容为1.691cm3/g,平均孔径为2.176nm。通过将活性炭在氨水和双氧水中进行改性,对氨水和双氧水改性后的活性炭的吸油性能进行了研究。活性炭经过氨水改性后,其对柴油的吸附能力是原来的1.81倍；而双氧水改性后的活性炭,其对柴油的吸附能力降到未改性活性炭的87.98%。通过将制备所得的活性炭与硫按照3：7的比例进行复合作为锂硫电池的正极制备锂硫电池,在0.1mA的电流,1.5～2.8V的电压下进行充放电,其首次充、放电比容量分别为944.792mAh/g和1301.042mAh/g,充电比容量比放电比容量少356.350mAh/g。实验结果表明：将活性炭与单质硫复合后作为锂硫电池的正极材料,所制备的锂硫电池的电容特性与活性炭的比表面积有着密切的关系,其比容量随着活性炭的比表面积的增大而有所提高。
【作者】郭玉强；
【导师】陈永；
【作者基本信息】海南大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】活性炭；吸附性能；比表面积；锂硫电池；电化学性能；

【参考文献】
[1]陈慧.钾素营养对大豆钾素吸收与产量的影响[D].东北农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,硕士.
[2]朱延鑫.两自由度碰撞振动系统的光滑及非光滑动力学研究[D].西南交通大学,一般力学与力学基础,2014,硕士.
[3]井静娟.专利积案问题研究[D].北京化工大学,民商法学,2013,硕士.
[4]王士亮.复合结构风力发电机系统匹配及设计方法的研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.
[5]张师超,倪艾玲.含缺省属性值的数据中的规则发现算法[J].计算机科学,2005,10:132-134+153.
[6]胡易轩.基于空间电荷限制电流效应与肖特基接触的立方氮化硼单晶整流特性的研究[D].吉林大学,集成电路工程（专业学位）,2013,硕士.
[7]许丽红.单幅雾天图像清晰化技术研究[D].南京航空航天大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[8]罗歆.湘南地区承接珠三角地区产业转移存在的问题与对策研究[D].中南林业科技大学,农村与区域发展,2013,硕士.
[9]喻花.超滤质谱法研究蛋白质与药物小分子的相互作用[D].中南民族大学,分析化学,2013,硕士.
[10]赵志宏.基于CAN总线淡水鱼糜加工生产线控制子系统的研究[D].河海大学,机械电子工程,2004,硕士.
[11]高鹏.集装箱港口节能减排评价研究[D].大连海事大学,交通运输工程,2013,硕士.
[12]刘亚.基因枪和农杆菌介导耐盐基因EhHOG对小麦品种的遗传转化[D].华中农业大学,作物遗传育种,2014,硕士.
[13]李江.沙漠明渠关键技术问题现场试验总结[J].水利规划与设计.2005(03)
[14]邓治雪.人物叙述的功能与伦理—《水泥花园》的修辞叙事学解读[D].浙江工商大学,英语语言文学,2014,硕士.
[15]李新.基于聚类分析的微博营销中VIP用户识别研究[D].南京大学,应用统计学（专业学位）,2013,硕士.
[16]张峰,周广胜,王玉辉.基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟[J].植物生态学报,2008,04:786-797.
[17]王文瑞.论张翎小说的叙事艺术[D].山东师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[18]罗存回.茶油中残留苯并芘的去除及精炼工艺改进研究[D].湖南农业大学,食品工程,2012,硕士.
[19]朱勇.川渝地区输气管道管控一体化与数据集成应用研究[D].西南石油大学,2009.
[20]J.F.赫尔曼斯.大地电磁资料的处理[J].石油地球物理勘探,1975,02:42-60.
[21]陈诺.活性自由基共聚产物微结构及梯度结构的研究[D].华东师范大学,高分子化学与物理,2004,硕士.
[22]张树乔.节能行业上市公司融资效率研究[D].北京化工大学,企业管理,2013,硕士.
[23]李艳华.A公司中层管理者领导力提升研究[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[24]刘任平.珠三角区域治安管理现状、问题及对策研究[D].广西师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[25]邓婕.译者主体性及其对文学翻译的影响[D].广东外语外贸大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[26]刘艳红,李超,楚冰,丁青青.有源电力滤波器切换跟踪与优化控制[J].控制与决策,2014,09:1599-1604.
[27]王蕾.第一性原理研究几种典型的负热膨胀材料[D].郑州大学,光学,2014,博士.
[28]廖斯.标的股票在涨跌停板制度下的可转债定价研究[D].云南财经大学,金融学,2013,硕士.
[29]蒋晓颖.用于环境分析的毛细管电泳方法及应用研究[D].华东师范大学,2014.
[30]王进选.河北省田径市场的现状调查及对策研究[D].河北师范大学,体育教育训练学,2004,硕士.
[31]管宝云.基于混合智能算法的高校时间表及自动组卷问题研究[D].天津大学,2005.
[32]邹云潇.关于动态Web测试覆盖准则的研究[D].南京大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[33]刘萍.纳米银和黄酮相互作用研究及分析应用[D].山东大学,分析化学,2013,硕士.
[34]苏婷.天津市BRT系统建设与运营机制研究[D].天津商业大学,行政管理,2013,硕士.
[35]许喜明.黄土高原侧柏小叶杨混交幼龄人工林碳密度研究初探[D].西北农林科技大学,农业推广,2012,硕士.
[36]王靖飞.动物疾病诊断专家系统的研究与应用[D].东北农业大学,2002.
[37]李道林.燃油电站锅炉改烧煤与煤除渣燃烧技术[J].发电设备.1988(10)
[38]王杰.多元化特征视角下《女仙外史》研究[D].华东交通大学,中国古代文学,2014,硕士.
[39]汤丽娜.英汉新闻语篇中的语法隐喻：对比研究[D].苏州大学,英语语言文学,2003,硕士.
[40]方园.社区学校校长领导力研究[D].华东师范大学,成人教育学,2013,硕士.
[41]苏宇涛.晚清井陉煤矿的开发与对外交涉[D].河北师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[42]冯若丹.华泰证券股份有限责任公司反洗钱制度的优化设计[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[43]于元旭.内套拱法加固石拱桥的应用研究[D].内蒙古科技大学,结构工程,2013,硕士.
[44]刘羽菁.基于GIS河流水质综合评价DSS的研究[D].沈阳工业大学,控制理论与控制工程,2003,硕士.
[45]唐小明.频率副词“屡”与“屡屡”的比较研究及其教学策略[D].吉林大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[46]李由.一种半结构化信息组织技术的研究与实现[D].国防科学技术大学,2002.
[47]王一强.动态环境下企业战略信息系统研究[D].内蒙古大学,2004.
[48]狄彪.铁路货车轴承保持架的材质选择[J].轴承.1991(04)
[49]曹炼强.一种基于SVM的多目标实时检测算法[D].华南理工大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[50]姜国玉.马克思货币理论与我国货币法律制度改革研究[D].浙江理工大学,马克思主义法学,2014,硕士.