編號：CYYJ04264
篇名：褐煤基硬炭微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及其儲鈉特性
作者：邢寶林 徐巧妙 曾會會 馮來宏 張傳祥 黃光許 韓學(xué)鋒 康偉偉 屈笑笑 程松
關(guān)鍵詞： 褐煤基硬炭 儲鈉性能 微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控 鈉離子電池 負(fù)極材料
機(jī)構(gòu)： 河南理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 河南省煤炭綠色轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實驗室 煤炭安全生產(chǎn)與清潔高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心 華能煤炭技術(shù)研究有限公司
摘要： 煤炭的多元化清潔高值利用對促進(jìn)我國煤炭工業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展具有重要作用,而煤的材料化是提升煤炭清潔高效利用水平的重要途徑之一。充分利用褐煤含芳環(huán)結(jié)構(gòu)、原生孔隙發(fā)達(dá)、表面活性基團(tuán)豐富等特點(diǎn),通過高溫炭化(1000~1600℃)處理華亭褐煤制備出褐煤基硬炭,探究褐煤基硬炭中類石墨微晶、無定形碳與納米孔及表面官能團(tuán)等缺陷結(jié)構(gòu)在高溫炭化過程中的形成機(jī)制與演變規(guī)律,揭示炭化溫度對煤基硬炭微觀結(jié)構(gòu)的影響,并通過恒電流充放電、恒電流間歇滴定及循環(huán)伏安測試等研究不同褐煤基硬炭用作鈉離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能,探索微觀結(jié)構(gòu)對負(fù)極材料電化學(xué)儲鈉性能的影響機(jī)制及褐煤基硬炭的電化學(xué)儲鈉機(jī)理。研究表明,通過調(diào)節(jié)炭化溫度可實現(xiàn)對褐煤基硬炭中類石墨微晶、無定形碳、納米孔、含氧/含氮官能團(tuán)等缺陷結(jié)構(gòu)的調(diào)控。當(dāng)炭化溫度為1400℃時,所制褐煤基硬炭LHC-1400富含合理層間距(0.371 nm)的類石墨微晶,兼有適宜含量的無定形碳和納米孔等缺陷結(jié)構(gòu),其比表面積為4.92 m2/g,且含有C—O、C=O、O—C=O及吡啶氮、吡咯氮、石墨氮等含氧/含氮官能團(tuán)。該硬炭用作鈉離子電池負(fù)極材料的可逆容量達(dá)275 mAh/g,且在0.2 A/g電流密度下可逆容量為111 mAh/g,經(jīng)200次循環(huán)后容量保持率仍可達(dá)96%,展現(xiàn)出良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。褐煤基硬炭優(yōu)異的儲鈉性能與其不同微觀結(jié)構(gòu)所發(fā)揮的功能與作用密切相關(guān)。硬炭中合理層間距的類石墨微晶可為Na+的快速嵌入/脫出提供傳輸通道,以插層儲鈉來提供容量;硬炭中的無定形碳、開放的納米孔和含氧/含氮等缺陷結(jié)構(gòu)可為Na+存儲提供足夠的活性位點(diǎn),以吸附儲鈉來貢獻(xiàn)容量;而硬炭中少量封閉孔則可為Na+的存儲提供足夠的空間,以填充儲鈉來提供容量。褐煤基硬炭中“吸附-插層-填充”3種儲鈉方式相互協(xié)同,最終實現(xiàn)其高效的電化學(xué)儲能。
