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银牛娱乐鹽合成的電容活性炭
银牛娱乐首页:韩研网络部 更新时间:2019-11-12 16:38:25

  碳對于有機生命的存在以及許多工業和技術應用都是至關重要的。碳質材料廣泛用于電化學生産氟,産生熱和電,形成氣體和液體燃料,産生塑料,太陽能電池構造,電子設備制造以及锂離子電池和超級電容器的生産。這種多功能性是碳表現出多種鍵合相互作用的直接結果。碳質材料的分子和形態特性的廣泛差異導致光學特性,吸附特性,電子遷移率,熱導率,離子吸附特性,和物理強度的廣泛變化。由于具有廣泛的特性,具有不同結構和特性的碳被用于許多行業,包括航空航天,汽車,生物技術,便攜式和消費電子以及能源存儲。隨著傳統碳合成方法的改進和新型合成方法的發展,碳合成一直處于大量研究領域。

  通過電解還原熔融碳酸鹽形成的活性炭比其他方法具有多种优势。除了前面提到的低能量和中等合成温度要求之外,还研究了该方法在CO 2螯合和转化中的潜在应用。减少碳酸盐含量是非常理想的,因为CO 2是主要的温室气体,并且是许多工业反应的副产品,特别是那些涉及化石燃料生产能源的反应。已经表明,通过熔融碳酸盐还原途径产生的活性炭可作为优良的超级电容器材料。因此,我们研究了碳酸盐通过电解还原熔融碳酸盐而合成的活性炭的结构和物理特性,并随着碳合成条件的变化而变化。

  電解還原熔融碳酸鹽活性炭的合成

  用该小组以前使用的方法合成活性炭。在所有碳电沉积实验中,使用了三个共晶成分为熔融碱金属碳酸盐的电极池。在制备之前,将碳酸盐粉末在110℃的空气中干燥至少24小时。此后,将粉末称重并以适当的共晶成分混合在一起,首先用研钵和研棒混合,然后使用不锈钢球磨机以170 rpm的速度在10个正向和10个反向(2分钟)循环中球磨。在CO 2下在500°C下共熔共晶1小时流量(BOC气体;食品级)。CO 2气氛用于减少碳酸盐的分解并有助于熔体中碳酸盐离子的再生。在所有情况下,共熔物都融合在氧化铝坩埚中,该坩埚的顶部是氧化铝盖,氧化铝盖上有用于放置电极的孔以及CO 2进出口。选择了氧化铝而不是其他坩埚材料,因为在含锂的熔融碳酸盐的存在下,氧化铝形成了铝酸锂的腐蚀层,这增加了材料的表面粗糙度,但在其他方面很稳定。熔合后,将共晶冷却至室温,然后再加热进行碳电沉积。

  機械學研究

  先前已經研究了從熔融碳酸鹽中電沈積碳的機理,多步和單步機理。在提出的機制中,最受支持的機制是碳酸根離子的單電子還原。然而,根據最近的識別焦碳離子的,如通過CO2采取的主要形式溶解時在熔融碳酸鹽介質38可能存在溶解的CO如圖1所示,也可能發生第二碳形成路徑。在開始大量電沈積之前,已通過CV對熔融碳酸鹽中碳電沈積的機理進行了研究(圖1(a)-(c))。請注意,當根據圖2確定碳電沈積條件時,圖例條目是指用于合成活性炭的標准條件的變化,因此圖例條目600°C,Li–K–Na和C對應于圖1中的標准條件。每個圖1的(a),(b)和(c)中。

  圖1:(a)活性炭的溫度,(b)發生沈積的熔融碳酸鹽電解質,以及(c)發生沈積的基板。(d)與在500-700°C的溫度下沈積的碳的碳沈積開始有關的Tafel峰的陰極Tafel曲線和計算的Tafel線(虛線)。

  形態表征

  使用SEM對形態進行了研究(圖2)。通過EDS區域掃描,可以確定結合到沈積碳中的主要元素爲碳和氧。基于與其他合成碳的比較,以及與活性炭,石墨和導電炭黑的比較,確定了在不同條件下電沈積碳的形態特征。

  图2:在其他标准条件下以20 kV放大倍数拍摄的碳沉积(a)0.15,(b)0.30,(c)0.60和(d)1.20 A cm-2时拍摄的SEM图像。

  活性炭官能化和鍵合

  基于FTIR,拉曼光譜,XRD和XPS研究了從熔融碳酸鹽電解質中電沈積的碳的化學鍵合和功能化變化。這些材料的FTIR圖案相對相似,唯一的主要區別是峰強度。由于這些相似性,采用了具有最強峰的光譜(在500°C下活性炭的光譜,圖3來舉例說明所有材料的光譜。鑒定出電沈積碳中存在的鍵相互作用。

  圖3:使用其他標准條件在500°C電沈積制成的活性炭FTIR圖。

  電化學性能

  根据分析得出,从图4(a)和(b)可以看出,在慢速扫描速率下,假电容对碳酸盐衍生碳(C D)总体性能的贡献极高,但由于动力学限制,随着扫描速率的增加,其假电容大幅度下降。由于双层形成的快速动力学,这种衰减在双层电容方面不太明显。在大多数情况下Ç DL1(具有多孔的表面区域相关联的双层电容)趋向于被更受比增加扫描速率Ç DL2(几何表面积),这是由于Ç DL1取决于电解质进入被检查活性炭的微孔表面积的途径,这在高扫描速率下会受到阻碍。在低电流密度(0.15 A cm -2)下电沉积的碳中获得了最大的低倍率电容性能,在10 mV s-1时可获得高达400 F g-1的电容。39这些值与CV研究的结果一致,大于其他无定形低石墨化系统所达到的值,例如在500°C(250–300 F g-1)电沉积的碳中所获得的值,与最高性能相当报道了其他新型的高性能超级电容材料,例如N,P共掺杂活性炭。这些无定形的,高功能化的系统的显着的性能比它们的石墨化,低官能对应物更好。这样,从先前的物理,形态学和结构研究中显而易见的是,好的电容性能是从具有高氧官能度,高非晶态和低石墨结构以及高度折叠的,显然是多孔形态的活性炭获得的。

  图4:扫描速率对(a)以活性炭和其他标准条件以及(b)活性炭对总电容的贡献的影响。C D表示由于扩散引起的电容,而C DL1和C DL2分别表示与纳米和微孔表面积以及外部碳表面积相关的双层。

  分析研究了碳酸盐从熔融碳酸盐中电沉积的机理。已经提出了基于熔融介质中焦碳酸根离子存在而从熔融碳酸盐中电沉积碳的第二种机理,并据认为是在CO 2的存在下发生的。大气层。来自熔融碳酸盐的碳电沉积电势的变化主要归因于系统内部能量的变化,以及当沉积到不同基材上时来自熔融碳酸盐系统的电沉积电势的变化。基于SEM和TEM的形态学研究表明,碳由不同程度的折叠,无定形和石墨结构组成,随着电流密度和碳电沉积温度的升高,石墨特性趋于增加。已经评估了合成活性炭的电容性能,并且在10 mV s-1下获得了400 F g-1的性能。因此,可以得出结论,熔融碳酸盐的还原体现了一种有趣的生产电容性活性炭的方法,其物理特性取决于材料的合成条件。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,淨水活性炭.

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