课题基金 / 基金详情

基于细菌纤维素的高导电碳气凝胶集流体的宏量制备和应用

批准号:
22105191
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李超
依托单位:
学科分类:
无机功能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李超

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
具有三维网络结构的纳米碳气凝胶具有低密度、高孔隙率、大比表面积、高导电率和化学稳定性等优异性能,因此吸引了研究者广泛的关注。本项目基于细菌纤维素这种环境友好、可再生和来源丰富的生物质材料,探索宏量制备高导电碳气凝胶集流体的路线并研究其应用。.本项目拟通过调控细菌纤维素的掺杂方式、干燥方式和热解方式,设计较为节能和廉价的前驱物处理和热解路线,实现碳气凝胶的宏量制备,揭示相关处理手段提升碳气凝胶产率的机理。细菌纤维素具有相互交联的纤维素纳米纤维三维网络,通过优化热解化学过程,使得产物完美地继承细菌纤维素固有的微观网络结构,产物碳气凝胶可以获得三维强韧的连续网络结构,将同时具有优异的机械性能和导电性。.本项目拟探索高导电碳气凝胶作为集流体的应用潜力,用于电容去离子装置或锂离子电池,综合高导电碳气凝胶集流体的表征和性能结果,建立结构与性能间的构效关系,指导碳气凝胶的未来优化。
英文摘要
Nanocarbon aerogels with three-dimensional network structure have attracted extensive attention due to their excellent properties such as low density, high porosity, large surface area, high conductivity and chemical stability. Based on bacterial cellulose, an environmentally friendly, renewable and abundant biomass material, the project explores the route of large-scale preparation of highly conductive carbon aerogel current collector and its application..To realize the scale-preparation of carbon aerogel, the project designs a more energy-efficient and inexpensive precursor treatment and pyrolysis route by adjusting the impregnation method, drying method and pyrolysis method of bacterial cellulose. Bacterial cellulose has a three dimensional network of cross-linked cellulose nanofibers. By optimizing pyrolysis process, the product can inherit the natural network structure of bacterial cellulose perfectly. The product carbon aerogels can obtain three-dimensional, tough and continuous network structure, thus possessing excellent mechanical properties and conductivity simultaneously..The project explores the application potential of high conductivity carbon aerogels as a current collector in capacitive deionization devices or lithium ion batteries. The characterization and performance results of high conductivity carbon aerogels are integrated, and the structure-activity relationship is established to guide the future optimization of carbon aerogels.
近年来,超轻碳气凝胶在展现了广泛的应用前景,如吸附剂、振动阻尼、传感器、隔热材料、催化剂载体、能源存储与转换等。在实现这些应用的过程中,碳气凝胶的稳定性和可操作性很大程度上取决于它们的机械强度。合理的多级结构设计可以有效增强碳气凝胶的机械强度,如含有牢固节点的交联网络结构、层级蜂窝状结构或长程拱形结构等。.细菌纤维素(BC)作为一种来源丰富、廉价、环境友好的生物质材料,是一种极具潜力的制备超轻碳气凝胶的前驱物,内部具有天然形成的交联纤维网络和固定节点,可以通过热解方法方便地转化为碳纳米纤维气凝胶(CNFA)。通过取向冷冻-冷冻干燥技术可以很方便地在不破坏网络节点的情况下,在BC气凝胶中引入层级蜂窝网络。BC衍生的CNFA兼具固定节点的交联网络和蜂窝结构,展现了极端温度下的超弹性和耐疲劳性。然而BC自身热解的过程中会产生大量有机挥发物,产物的碳产率很低,使得CNFA的应用受限于低产率。.本项目实现了一种密闭体系热解BC气凝胶制备CNFA的方法,在这种方法中,纯BC在活性炭保护的密闭体系热解,不需要引入保护气体,即可有效转化为CNFA,获得的CNFA完美继承了BC气凝胶中的固定节点交联网络和蜂窝结构。相比于在管式炉通保护气体的热解,CNFA的产率提升,形状保存更加完好。通过对热解中间产物的表征,提出了一种密闭体系提升固态碳保留的机理:BC热解过程中,挥发性的成碳中间产物被局限在狭小的空间,更有效地转变为固态碳;相反在流动保护气中成碳中间产物被气流带走,减少了固态碳生成。所获得的CNFA中同时含有层级蜂窝结构和节点牢固的交联网络结构,具有优异的压缩恢复性能和耐疲劳性。在电容去离子(CDI)过程中,CNFA电极可以进行压缩恢复并展现出良好的耐疲劳性,有潜力成为可压缩的CDI电极材料。此外,在密闭体系中可以用廉价的生物质材料提供成碳中间产物,提升高品质纳米碳气凝胶的产率,该方法可以拓展到其他生物质衍生碳气凝胶的制备。
复Monge-Ampere方程解的局部正则性和奇异点集的研究
  • 批准号:
    12001512
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    李超
  • 依托单位:
国内基金
海外基金