超级电容器用煤液化残渣基亚微米级多孔炭纤维无纺布制备及结构调控
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:U1610119
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:70.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0203.碳素材料与超硬材料
- 结题年份:2019
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:张东卿; 郭晓月; 刘文红; 田晓冬; 杨桃;
- 关键词:
项目摘要
Coal liquefaction residue (CLR) was extracted by different solvent fractionation, and extraction products with different molecular composition were used as the carbon source for preparation of porous carbon sub-micro fiber non-woven fabrics. Spinning solution was prepared by blending the extraction products , fiber-forming polymer, pore forming agent and conductive additives, and CLR-based porous carbon sub-micro fiber non-woven fabrics were produced by electrospinning, carbonization and activation from the spinning solution in the project. The evolution of structure, the mechanism of electrical conductivity and the formation mechanism of pore structure of the product during the process were elucidated, and the correlation between the structure and the electrochemical properties of porous carbon sub-micro fiber non-woven fabrics were clearly recognized. Finally, CLR-based porous carbon sub-micro fiber non-woven fabric with a hierarchical porous structure was prepared successfully. The BET surface area of the product was bigger than 1000m2/g, and the capacitance was larger than 200F/g at the current density of 10A/g. Through the research of this project, it can realize the high efficiency and high value utilization of coal, improve the preparation of coal-based carbon materials, provide high performance flexible carbon electrode material for supercapacitor, and provide theoretical support for the development and application of new energy storage devices such as supercapacitor.
本项目拟通过将煤炭液化残渣(CLR)进行溶剂分级萃取后,利用不同分子组成的萃取物与成纤聚合物、造孔剂和导电添加剂共混制备纺丝原液,经静电纺丝、不熔化、炭/活化处理等制备CLR基亚微米级多孔炭纤维无纺布。阐明电纺、不熔化、炭化等过程产物的结构演变、导电性提升机理和孔结构形成机理,认清亚微米级多孔炭纤维结构与其电化学性能之间的相关性。最终制得比表面积大于1000m2/g、在10A/g的电流密度下比电容大于200F/g的具有层次孔结构、高导电性的超级电容器电极用CLR基柔性亚微米级多孔炭纤维无纺布。通过该项目的研究,不仅可以实现煤炭液化过程中废弃物的循环再利用,丰富煤基炭材料的制备科学,为超级电容器提供高性能柔性炭电极材料,而且对超级电容器等新型储能器件的开发和实用化提供理论支撑。
结项摘要
煤液化技术是实现煤炭资源清洁高效利用的有效途径之一,但煤直接液化在获得液体燃料的同时,还产生占原煤总量约30%的主要副产物---液化残渣(CLR)。高效合理利用CLR对液化过程的资源利用率和经济性有着不可低估的影响,是完善煤直接液化技术的一个重要课题。CLR中的沥青烯和前沥青烯分子均主要由C元素组成,基本结构单元中是以多个芳环组成的稠和芳环为核心,芳环周围连接有若干个长度不一的烷基侧链或者环烷环,芳香度高,碳含量高,容易发生聚合或者交联,适宜作为制备炭材料的前驱体。本项目通过将CLR进行溶剂分级萃取后,选用适宜于制备炭材料的沥青烯和前沥青烯为碳源,以聚丙烯腈为助纺剂,通过静电纺丝、不熔化和炭化处理等制备了CLR基纳米炭纤维无纺布。通过调控纺丝原液配比、电纺条件、不熔化和炭化条件成功制备得到了具有较好柔韧性的纳米炭纤维无纺布,采用硝酸预处理结合空气不熔化、纺丝原液中添加苯甲酸等方法有效解决了不熔化过程中纤维间的融并现象。阐明了电纺、不熔化、炭化等过程产物的结构和形貌演变规律,以及多孔纳米炭纤维无纺布结构与其电化学性能之间的相关性。最终制得了比表面积高、电化学性能好(尤其是大电流密度下倍率性能高)的超级电容器电极用CLR基柔性多孔纳米炭纤维无纺布。通过该项目的研究,实现了煤液化过程中废弃物的循环再利用,丰富了煤基炭材料的制备科学,为超级电容器提供了高性能柔性炭电极材料,而且对超级电容器等新型储能器件的开发和实用化提供了理论支撑。项目研究成果不仅具有较好的学术价值,而且具有较高的应用价值和社会影响力。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Porous worm-like NiMoO4 coaxially decorated electrospun carbon nanofiber as binder-free electrodes for high performance supercapacitors and lithium-ion batteries
多孔蠕虫状NiMoO4同轴装饰电纺碳纳米纤维作为高性能超级电容器和锂离子电池的无粘合剂电极
- DOI:10.1016/j.apsusc.2017.09.153
- 发表时间:2018-03-15
- 期刊:APPLIED SURFACE SCIENCE
- 影响因子:6.7
- 作者:Tian, Xiaodong;Li, Xiao;Guo, Quangui
- 通讯作者:Guo, Quangui
Electrospun Coal Liquefaction Residues/Polyacrylonitrile Composite Carbon Nanofiber Nonwoven Fabrics as High-Performance Electrodes for Lithium/Potassium Batteries
电纺煤液化残渣/聚丙烯腈复合碳纳米纤维非织造布作为锂/钾电池高性能电极
- DOI:10.1021/acs.energyfuels.9b03637
- 发表时间:2020
- 期刊:Energy & Fuels
- 影响因子:5.3
- 作者:Li Xiao;Sun Ning;Tian Xiaodong;Yang Tao;Song Yan;Xu Bin;Liu Zhanjun
- 通讯作者:Liu Zhanjun
Structural and chemical synergistic effect of NiCo2S4 nanoparticles and carbon cloth for high performance binder-free asymmetric supercapacitors
NiCo2S4纳米颗粒和碳布在高性能无粘结剂不对称超级电容器中的结构和化学协同效应
- DOI:10.1016/j.apsusc.2018.09.221
- 发表时间:2019-01
- 期刊:Applied Surface Science
- 影响因子:6.7
- 作者:Xiaotong Xu;Xiaodong Tian;Xiao Li;Tao Yang;Yiting He;Kai Wang;Yan Song;Zhanjun Liu
- 通讯作者:Zhanjun Liu
Coal Liquefaction Residues Based Carbon Nanofibers Film Prepared by Electrospinning: An Effective Approach to Coal Waste Management
静电纺丝法制备煤液化残渣基碳纳米纤维膜:煤炭废物管理的有效方法
- DOI:10.1021/acssuschemeng.8b05210
- 发表时间:2019-03-18
- 期刊:ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
- 影响因子:8.4
- 作者:Li, Xiao;Tian, Xiaodong;Liu, Zhanjun
- 通讯作者:Liu, Zhanjun
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