With the advancement of economy and society and the increment of normal asset utilization,people gives increasingly more consideration to the improvement of energy equipment with low price,long cycle life and high power density.More and more attention has been paid to biomass-based porous carbon supercapacitors.Using biomass tar as a precursor,a one-step carbonization and activa-tion method was adopted to prepare carbon materials.In this paper,the morphology and structure of porous carbon were characterized by SEM and BET,the effects of the proportion of activator to carbon,activation temperature and activation time on the microstructure and electrochemical properties of biomass tar-based porous carbon were investigated.When the activation temperature is 700℃,the activation time is 1.5 hours,and the ratio of potassium hydroxide to biomass tar is 2∶1,a porous carbon material with the specific sur-face area of 2137.3 m2·g-1 was obtained.When used as the electrode for supercapacitor,the porous carbon electrode shows a capaci-tance of 276.2 F/g at the current density of 1.0 A/g.When the current density is increased from 0.1 A/g to 5.0 A/g,the FC700-2-1.5 has a high capacitance retention of 74.02%.In this work,the activated carbon for the supercapacitor was made from biomass waste,and it is a novel approach to achieving high-value utilization of biomass waste.
石墨是制备高温气冷堆球形燃料元件的主要和关键原材料.高温气冷堆球形燃料元件用核级石墨粉包括天然石墨粉和人造石墨粉.微观结构深刻影响粉体的物化性能,物化性能则进一步影响基体石墨粉和球形燃料元件的加工工艺,本文详细介绍了高温气冷堆球形燃料元件用核级天然石墨粉和人造石墨粉的特性、微观结构及制备工艺.
高温提纯是获得超高纯石墨的重要手段,分析高温提纯过程中杂质成因与杂质析出机制具有重要意义.本文将浮选石墨经酸洗提纯后,采用高温纯化方式进行再提纯.通过对高温提纯前后的石墨和炉内外收集的杂质进行化学成分、显微形貌和物相组成分析,研究了高温提纯过程中的杂质析出机理和炉内杂质形成原因,为天然石墨的高温提纯工艺优化提供了重要参考.
通过电镀法在材料表面生成镀铜层来提高导热炭材料力学性能,用扫描电子显微镜、万能材料试验机、激光热导率仪分析了炭-铜复合结构的表面形貌、弯曲强度和导热性能,研究了电流密度对镀层形貌和厚度的影响,以及不同镀层厚度对力学性能和导热性能的影响.验证了表面镀铜可以有效提高导热炭材料的力学性能,电流密度在1.5～2.0A·dm-2可以得到光亮平整的镀层;导热炭材料初始热导率为567 W·m-1·K-1,当镀层厚度为20 μm,弯曲强度提高61.5％,热导率为560W·m-1·K-1;当镀层厚度为40 μm,弯曲强度提高84.6％,热导率为524 W·m-1·K-1.
采用耐高温粘接剂对C/C复合材料进行粘接,粘接剂的粘接厚度分别为175,260,355,445 μm,通过对粘接C/C复合材料剪切强度测试和SEM分析,研究了胶层厚度对C/C复合材料剪切粘接性能的影响规律.结果表明,胶层厚度为175 µm时剪切粘接强度为13.22 MPa,胶层结构均匀致密,无孔隙缺陷,胶层厚度增加至445pm时剪切粘接强度为10.82 MPa,降低了 18.15％.通过SEM对不同厚度胶层微观结构分析表明,胶层厚度为175μm的粘接剂微观结构均匀致密,没有孔洞、裂纹等缺陷.胶层厚度增加至445 µm后,粘接剂中出现直径约250 pm的凹坑、直径约100～200 μm的大孔以及直径约5～50 μm的小孔,剪切粘接强度降低18.15％.分析其原因为胶层厚度增加,固化和炭化过程中胶层内部的气泡含量逐渐增多,体积收缩概率增大,孔隙等缺陷形成,而孔隙的形成会导致材料的有效承载面积减小,引起应力集中,粘接强度降低.
将碳纳米管(CNTs)通过十二烷基硫酸钠(SDS)表面活性剂水溶液进行分散,再将中间相炭微球(MCMB)加入到分散后的CNTs悬浮液中进行混合,通过烘干、过筛、等静压和炭化制备出高性能的各向同性炭材料.结果表明,经过不同质量浓度表面活性剂分散后的CNTs所制备的炭材料,其物理性能(密度、收缩率和开孔率)和导电性能均有显著改善.当表面活性剂质量浓度从0增加到0.48 g/L时,抗弯强度从36.34 MPa增加到42.78 MPa,抗压强度从175.68 MPa增加到215.77 MPa,分别提升了 17.72％和 22.82％.
通过化学气相渗透技术,在中间相沥青基石墨泡沫内部沉积了碳化硅涂层;研究了不同沉积温度对碳化硅形貌、晶体结构和强度的影响.结果表明,1 223K可以制备完整的碳化硅涂层,沉积速率较慢,晶粒尺寸较小;温度超过1 423K,易在石墨表面沉积生成热解炭,比强度开始下降.低温沉积时,临界形核自由能下降,形成的核芯数目增加,有利于形成晶粒细小而连续的SiC涂层组织,1 273 K和1 373 K温度条件下沉积的SiC涂层较光滑平整,比强度较高.随着沉积温度提高,抗弯强度由1 223 K 的 1.8 MPa 提高到 1 473 K 的 5.4 MPa,比强度由 1 273 K 的 3.40 MPa.cm3/g 提高到 1 373 K 温度下的7.31 MPa.cm3/g.沉积温度超过1 423 K时,沉积的SiC晶粒粒径增加,热解炭比例升高,无定形碳比例增加,比强度有所下降.
对广西、大连、长庆3种不同产地的催化油浆,采用相同的过滤预处理、常减压蒸馏、焦化反应过程,得到煅前焦产品.综合评估煅前焦的外观、光学各向同性、焦炭收率、显微结构、S含量、灰分和挥发分的测试数据,结果发现,广西、大连石化催化油浆在强化过滤预处理前提下适合生产超高功率石墨电极用针状焦,而长庆石化催化油浆不适合生产超高功率石墨电极用针状焦.
主要通过应用波士顿矩阵(BCG Matrix)法对石墨提纯装备在设备可靠性和客户关注度两方面建立质量技术提升控制模型,通过对影响其质量提升的主要技术指标应用RPN分析和数据统计方法,提出石墨提纯装备针对不同的指标制定不同的质量管控策略,即重点关注、稳步提升、改进提升、一般关注等4个方面.通过建立质量技术提升控制模型,明确石墨提纯装备的质量管控策略,有效地将提纯石墨的技术指标由之前的5x10-6提升到1x10-6,产品质量大幅提升.
介绍了制氟电解槽原理、对阳极的特性要求及目前广泛使用的炭阳极,分析了取样测量电阻率的原理、方法,指出了炭阳极电阻率指标的重要性及取样测量的不足.详细介绍了涡流原理,通过实验,建立测量电阻率方法.比较取样法与涡流法的测量结果,表明涡流测量方法克服了取样测量的不足,实现了无损快速测量.
采用聚碳酸酯二醇(PCDL1000)与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料制备水性聚氨酯乳液,通过球磨分散填充氧化改性N115炭黑,制得形状记忆水性聚氨酯复合胶膜,表征并测试其形貌结构、热性能、力学性能及形状记忆性能.研究结果表明:制备的炭黑填充形状记忆聚氨酯胶膜具有分散性好、热稳定性好(热解温度约350℃)、玻璃化转变温度低(约-5℃)、高拉伸强度(约40 MPa)和优异的形状记忆性能.
导电炭黑作为半导电屏蔽料的关键组分,其品质直接影响半导电屏蔽料的应用电压等级.由于我国半导电屏蔽料用导电炭黑发展较晚,目前仅有少量企业能够生产满足中压电缆半导电屏蔽料用导电炭黑(以下简称"中压导电炭黑"),然而高压电缆半导电屏蔽料用高品质导电炭黑(以下简称"高压导电炭黑")仍完全依赖进口.中压导电炭黑与高压导电炭黑结构与性能的差异性不明确已成为限制我国高压导电炭黑自主可控生产的主要因素.基于此,通过选择中压导电炭黑与高压导电炭黑,对其结构与性能进行对比研究.实验结果表明:中压导电炭黑与高压导电炭黑在微观形态没有明显区别,均呈现典型的葡萄串状结构,且粒径尺寸均主要分布在35-70nm范围.相比于中压导电炭黑,高压导电炭黑石墨化程度更高,导电性能更为优异,并且洁净度更好,仅含有碳、氧两种元素,且氧含量更低.此外,高压导电炭黑具有更好的热稳定性和更低的残炭率.以上研究结果阐明了导电炭黑影响半导电屏蔽料应用电压等级的关键结构与性能,提出了国内导电炭黑的性能提升方向,有望为高压导电炭黑研发提供重要数据支撑和技术支持,进而推动我国高压电缆的完全自主可控发展.
石墨烯具有独特的结构和优异的性能,成为近年来炭素材料领域的一个研究热点.本文介绍了石墨烯的结构和性能,总结了国内外石墨烯在改性沥青、密封材料、水泥复合材料、建筑涂料、玻璃、陶瓷等建筑材料方面的应用研究进展,指出了石墨烯在建筑领域未来的研究方向.
以煤沥青为碳源,h-BN、Si3N4和h-BN/Si3N4陶瓷颗粒分别为掺杂中心,经机械搅拌混合后进行半焦化处理,获得具有炭包覆陶瓷颗粒的复合压粉.复合压粉经等静压成型和高温热处理后最终制备出具有核壳结构的炭基陶瓷复合材料(CCM).研究了陶瓷颗粒类型对CCM性能和微观组织的影响.结果表明,与传统方法制备的CCM相比,炭包覆陶瓷颗粒有利于CCM结构致密均匀,抗弯强度达到72.31 MPa、抗压强度达到168.77 MPa,并且抗氧化性能显著提升.此外,该结构还提高了h-BN/Si3N4在协同作用下形成的陶瓷层的高温抗氧化性,更好地抑制CCM在1 400℃下的氧化.
通过真空热压烧结制备了 GNPs-Al中间预制块,采用熔铸法将中间预制块加入到A380熔体中制备了 GNPs/A380铝基复合材料.研究了石墨烯纳米片(GNPs)的含量对A380铝合金微观结构和摩擦磨损性能的影响.结果表明:质量分数为1.0％的GNPs/A380复合材料具有最佳的显微组织,适量的GNPs可以显著细化a-Al、Si相和Al5FeSi相,从而提高A380铝合金的维氏硬度.随GNPs的含量增加,GNPs/A380复合材料的磨损率和摩擦系数均先减小而后增大.1.0％GNPs/A380复合材料的磨损率和平均摩擦系数相比于基体分别降低了 37％和15.5％.其中,A380基体合金的主要磨损机制为剥层磨损,而1.0％GNPs/A380复合材料是以磨粒磨损为主要磨损机制.
为进一步改善多孔炭材料的性能,以苯并噁嗪为前驱体,以氯化锌(ZnCl2)为活化剂,分别经过固化、预氧化、炭化和活化过程制备多孔炭材料.利用X射线衍射仪、元素分析仪、激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、比表面及孔隙度仪和电化学测试对多孔炭材料的结构和性能进行表征.结果表明,苯并噁嗪基多孔炭材料的石墨化程度随着活化温度的升高逐渐提高.其比表面积、孔体积和孔径均先减小后增大,当活化温度为900℃时,多孔炭材料(C-900)的比表面积达到最大1 112.33 m2/g,此时比电容也最大,C-900的比容量为300 F/g,且具有良好的循环稳定性.所制备多孔炭材料性能优良,拓宽了苯并噁嗪树脂的应用范围.
为了制备高性能非贵金属炭基复合催化剂,在溶剂热合成沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)过程中,向液相溶剂引入Ni2+获得Ni掺杂ZIF,进一步在炭化过程中通过有机铁盐气相掺杂Fe,获得ZIF衍生FeNi双掺炭基催化剂.研究了 Ni盐添加量对于催化剂形态、活性物种构成、孔结构的影响,并进一步探讨了微结构对ORR、OER双功能催化性能的影响.结果表明,ZIF衍生FeNi双掺炭基催化剂(NiFe-C-2)表现出优异的催化性能:ORR半波电位达0.844 V,高于商用催化剂Pt/C的0.836,催化剂NiFe-C-2在32 000 s的测试后电流保持率达89.40％,高于Pt/C的86.04％,具有更好的稳定性;10 mA·cm-2电流密度下OER过电位为326 mV,小于商用RuO2的350 mV.此外,NiFe-C-2具有较小的AE(0.712 V),显示了其优异的双功能催化性能.
详细介绍了球磨法、超声分散法、原位合成法、分子水平分散法、电泳沉积法等主要的碳纳米管(CNTs)的分散方法,比较了各种分散方法所制备出的碳纳米管增强铜基复合材料的性能,总结了目前CNTs分散程度的评估方法,展望了未来碳纳米管分散方法的发展方向.
气体扩散层(GDL)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件之一,气体扩散层中微孔层(MPL)的水气传输能力对电池性能有着重要影响.本文采用膨胀石墨(EG)与炭黑(Vulcan XC-72R)复合来调控微孔层孔结构,并且采用模板刮涂法制备了平面方向差异化孔结构微孔层,研究了其对电池性能影响,阐述了孔结构对水气传输的影响机理.实验结果表明,EG与Vulcan XC-72R复合可以增加微孔层中孔含量,提高孔隙率.平面方向差异化孔结构微孔层电池性能在4 388 mA/cm2时极限功率密度为1 810mW/cm2,与传统单一炭黑微孔层相比性能提升33.8％,电化学阻抗谱也验证了传质阻力的降低.这种微孔层孔结构形成了水气分流的有序化孔道模式,提高了微孔层的传质能力.
炭渣是电解铝生产的附属产物,因其具有浸出毒性须按危险废物进行管理与处置.本文介绍了炭渣的来源,分析了其对生产与生态环境的危害,从减量化、资源化与无害化视角综述了近年来炭渣污染防治技术的研究进展及应用现状,并对污染防治技术及应用的发展提出了建议,以期早日实现炭渣绿色高效处理,助力电解铝产业绿色发展.
