油菜殼碳納米結(jié)構(gòu)調(diào)控及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、發(fā)展生物資源利用技術(shù)，以可再生的生物質(zhì)資源替代不可再生的化石燃料資源生產(chǎn)熱量和化學(xué)產(chǎn)品是節(jié)約能源和改善環(huán)境的有效方式?？稍偕纳镔|(zhì)具有資源豐富，經(jīng)濟環(huán)保的特點，受到大家的關(guān)注。生物質(zhì)的高含碳量，獨特三維結(jié)構(gòu)以及可再生的特點，用來制備生物碳材料作為鋰離子電池的負電極成為研究熱點。即使鋰離子電池的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，仍然存在著安全性，壽命，低溫性能差以及成本高等問題。鈉離子和鋰離子相似的化學(xué)性質(zhì)，使鈉離子完全有可能構(gòu)造一種類似于鋰離子電池的

2、二次電池，因為鈉資源豐富、成本低、比能量高、安全性能好而受到研究者越來越多的注意，但是負極材料是鈉離子電池開發(fā)的難點。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以不同酸（H3PO4，H2SO4，HCl，HNO3）為溶劑，通過水熱碳化-熱解兩步法制備出球狀，顆粒自組裝的片狀，含有顆粒的片狀結(jié)構(gòu)碳材料。以硝酸為溶劑制備的含有顆粒的片狀結(jié)構(gòu)碳材料具有較好的電化學(xué)性能，通過對酸濃度和熱解溫度進一步調(diào)控，研究發(fā)現(xiàn)當原料在10wt％濃度的硝酸溶液中180℃

3、水熱24 h，經(jīng)700℃熱解得到的含有納米顆粒的多孔納米片，具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。⑵以堿性氫氧化物（KOH）為活化劑，水熱碳化-熱解兩步法制備出片狀多孔的生物碳電極材料。生物碳納米材料對水熱時間和水熱溫度均比較敏感，水熱時間延長，產(chǎn)物石墨化程度提高，片狀表面褶皺增多。水熱溫度從120℃上升到170℃，片狀產(chǎn)物的表面的褶皺逐漸變得光滑。油菜殼生物質(zhì)170℃水熱碳化12 h得到的疏松堆積具有一定石墨化程度的片狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)物具有較好的電化學(xué)性能（

4、400圈后容量維持在139.8 mAh g-1）和優(yōu)異的倍率性能（500 mA g-1電流密度下比容量維持在120.4 mAh g-1）。⑶以KOH為活化劑，惰性氣氛下研究一步堿活化制備多孔網(wǎng)狀碳電極材料的研究中發(fā)現(xiàn)，熱解溫度升高，碳材料的形貌由最初的片狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的骨架碳，溫度進一步升高至1000℃，出現(xiàn)了表面長有納米薄片的碳骨架。這種納米級薄片的存在的碳骨架作為鋰離子電池負極，其電化學(xué)性能為458mAh g-1，對鈉離子電池的電