本文選題：瀝青 + 中空碳球��； 參考：《新疆大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著環(huán)境污染日益加重和化石能源逐步枯竭,清潔能源得以快速發(fā)展而要實(shí)現(xiàn)清潔能源的有效利用,關(guān)鍵還是開發(fā)電能存儲(chǔ)系統(tǒng)。碳材料在能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中起著非常重要的作用,在眾多碳材料中,中空碳球因其獨(dú)特的形貌、低密度、大的空腔體積、良好的導(dǎo)電性和卓越的熱穩(wěn)定性,被廣泛的應(yīng)用于能源儲(chǔ)存領(lǐng)域中。目前制備中空碳球主要采用的是模板法,碳源主要包括氣態(tài)碳源和固態(tài)碳源。石油瀝青作為富碳碳源,已經(jīng)成功制備出碳球、碳納米管、碳纖維,而制備中空碳球卻鮮有報(bào)道。本文采用二氧化硅球作為模板,石油瀝青為碳源,通過化學(xué)氣相沉積法成功制備出了中空碳球,并對(duì)中空碳球進(jìn)行了表面修飾,考察了其在鋰離子電池和鋰硫電池的應(yīng)用。1、首先成功的制備出了大小均一,單分散的二氧化硅納米球,并利用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和正硅酸乙酯(TEOS)對(duì)其進(jìn)行了修飾,從而進(jìn)一步得到了具有核殼結(jié)構(gòu)的SiO2@m-SiO2/CTAB球(殼由SiO2和CTAB組成)。隨后以該核殼結(jié)構(gòu)的二氧化硅納米球?yàn)槟０?以石油瀝青為碳源,通過氣相沉積法制備出中空結(jié)構(gòu)的碳球。同時(shí)考察了不同比例的CTAB和TEOS對(duì)二氧化硅納米球修飾的影響,可以改變SiO2@m-SiO2/CTAB球殼的厚度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)中空碳球壁厚的調(diào)控。2、在碳球的成長過程中,引入氮源乙腈,經(jīng)過瀝青和乙腈的共同熱解沉積后,得到了一種石墨化碳層包覆無序碳的特殊殼的中空碳球,并利用硝酸蒸氣對(duì)其表面進(jìn)一步改性。將其作為鋰離子負(fù)極材料時(shí),樣品在500 mA g-1電流密度下循環(huán)250圈后比容量依然保持在616 mAh g-1,表現(xiàn)出了優(yōu)越的電化學(xué)性能。3、鋰硫電池作為目前能量密度較高的正極材料體系,因其在充電過程中存在“穿梭效應(yīng)”而限制了其商業(yè)化應(yīng)用。中空碳球因?qū)щ娦院�、�?nèi)腔體積大、多孔性等優(yōu)點(diǎn)是作為限制“聚硫離子”的良好材料。本章通過對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的調(diào)控制備出薄壁中空碳球,再經(jīng)過硝酸處理后,以改善表面的疏水性,增加控硫能力�？疾炝瞬煌蛄康碾娀瘜W(xué)行為,含硫量67%的碳硫復(fù)合物在0.1C的電流密度下,循環(huán)100圈后依然穩(wěn)定在531 mAh g-1,表現(xiàn)出了其具有控硫能力,但是性能還有待提高。
[Abstract]:With the worsening of environmental pollution and the gradual depletion of fossil energy, clean energy can be rapidly developed. To realize the effective use of clean energy, the key is to develop electric energy storage system. Carbon materials play a very important role in energy storage and conversion systems. Among many carbon materials, hollow carbon spheres are characterized by their unique morphology, low density, large cavity volume, good electrical conductivity and excellent thermal stability. It is widely used in the field of energy storage. At present, template method is used to prepare hollow carbon spheres. Carbon sources mainly include gaseous carbon sources and solid carbon sources. As a carbon-rich carbon source, petroleum asphalt has been successfully prepared carbon ball, carbon nanotubes, carbon fiber, but the preparation of hollow carbon ball is rarely reported. In this paper, the hollow carbon spheres were prepared by chemical vapor deposition with silica ball as template and petroleum asphalt as carbon source, and the surface of hollow carbon spheres was modified. Its applications in lithium-ion batteries and lithium-sulfur batteries were investigated. At first, homogeneous and monodisperse silica nanospheres were successfully prepared and modified by cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and tetraethyl orthosilicate (TEOS). Thus, the SiO2@m-SiO2/CTAB sphere with core-shell structure (the shell is composed of SiO2 and CTAB) is obtained. The hollow carbon spheres were prepared by vapor deposition using silica nanospheres with core-shell structure as template and petroleum asphalt as carbon source. At the same time, the effects of CTAB and TEOS on the modification of silica nanospheres were investigated. The thickness of SiO2@m-SiO2/CTAB spherical shell could be changed and the wall thickness of hollow carbon spheres could be adjusted by .2.The nitrogen source acetonitrile was introduced into the growth process of carbon spheres. After pyrolysis and deposition of bitumen and acetonitrile, a kind of hollow carbon sphere coated with disordered carbon in graphitic carbon layer was obtained, and the surface was further modified by nitric acid vapor. When it is used as the cathode material of lithium ion, the specific capacity of the sample is kept at 616 mAh g-1 at 500mAg-1 current density, showing excellent electrochemical performance. The lithium sulfur battery is used as the cathode material system with high energy density at present, and the specific capacity of the sample remains at 616 mAh g-1 after the cycle at 500mAg-1 current density, and the specific capacity of the sample remains at 616 mAh g-1. Because of its "shuttle effect" in the charging process, its commercial application is limited. Hollow carbon spheres are good materials for limiting "polysulfide ions" because of their good conductivity, large cavity volume and porosity. In this chapter, thin-walled hollow carbon spheres were prepared by adjusting the experimental parameters, and then treated with nitric acid to improve the hydrophobicity of the surface and increase the sulfur control ability. The electrochemical behavior of the composites with different sulphur content was investigated. At the current density of 0.1C, the sulfur content of the carbon-sulfur complex was still stable at 531 mAh g-1 after 100th cycle, which showed that it had the ability to control sulfur, but the performance needed to be improved.
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ127.11

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1840905