RF基炭微球的水熱法制備及儲能性能研究.pdf

1、儲能器件中，鋰離子電池（LIBs，lithium ion batteries）具有高能量密度、長使用壽命及綠色環(huán)保等特點，超級電容器(supercapacitor)具備高功率密度、充放電迅速、環(huán)境友好等特性。近年來，兩者廣泛應(yīng)用于電動車電源、電子類電源及電力系統(tǒng)等領(lǐng)域。酚醛樹脂原料易得、價廉，在建筑、化工、軍事等領(lǐng)域被普遍使用。而酚醛樹脂炭作為硬炭材料之一，可用作兩儲能器件的電極材料使用。
　　本論文以間苯二酚(Resorcino

2、l，R)、甲醛(Formaldehyde，F(xiàn))為原料，氨水為催化劑，十六烷基三甲基溴化銨(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide，CTAB)為表面活性劑，氯化鈉(NaCl)為添加劑，在乙醇與水按照一定比例形成的混合溶劑中，采用水熱法制備RF微球并炭化得到炭微球。研究了水熱溫度、水熱時間、反應(yīng)物濃度、催化劑用量、表面活性劑濃度及添加劑用量對微球形貌、粒徑及分布的影響。將微球進(jìn)行不同溫度下炭化、石墨化處理，研究了炭

3、球的儲能性能;將球形及蠕蟲狀酚醛樹脂在同一溫度下炭化，研究不同形貌酚醛樹脂炭的儲能性能。（運用的測試手段主要涉及SEM、IR、TG、XRD、BET、Raman及電化學(xué)工作站。）
　　實驗結(jié)果表明，表面活性劑CTAB的加入不僅能有效控制粒徑大小，還能使產(chǎn)物形貌產(chǎn)生“球形-蠕蟲狀-球形”的變化過程;適量中性鹽NaCl的加入能有效抑制微球間的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而得到單分散炭微球;石墨化處理后，樣品仍保持一定球形度，但表面粗糙。當(dāng)水熱溫度為10

4、0℃，水熱時間為24 h，反應(yīng)物濃度為2％，催化劑用量為0.5％，CTAB與間苯二酚的物質(zhì)的量之比為1∶3，NaCl與間苯二酚的物質(zhì)的量之比為1∶1時，經(jīng)炭化制備得到單一分散、平均直徑為150 nm的RF炭微球。保持其他條件不變，當(dāng)CTAB與間苯二酚的物質(zhì)的量之比為1∶10時，制備得到蠕蟲狀酚醛樹脂炭。
　　將RF微球分別在600℃、700℃、1000℃下炭化保溫2h，在2800℃下石墨化處理，得到RF炭微球。當(dāng)用作LIBs負(fù)極時

5、，炭化條件為700℃時的RF微球，比表面積為503.44 m2 g-1，微孔為主，儲鋰能力較優(yōu)，50 mAg-1下循環(huán)50次，容量為333.8 mAh g-1;石墨化條件下，比表面積降至18.79m2 g-1，中孔為主，容量為207.3 mAh g-1，兩種樣品也表現(xiàn)出優(yōu)越的倍率性能。當(dāng)用作超級電容器電極材料時，兩種炭球在100mA g-1下循環(huán)100次，比容量分別為125.2 F g-1、45.2 F g-1，在1 Ag-1容量保持率

6、分別為90％、83.8％，循環(huán)、倍率性能良好。
　　將球形貌、蠕蟲狀酚醛樹脂分別在700℃下炭化保溫2h，得到不同形貌炭化產(chǎn)物。當(dāng)用作LIBs負(fù)極時，蠕蟲狀炭的比表面積為417.22 m2 g-1，微孔為主，50 mA g-1下循環(huán)50次，容量為302.1 mAh g-1，球形與蠕蟲狀炭在1 Ag-1下，仍分別有115.2 mAh g-1、81.8 mAh g-1;當(dāng)用作超級電容器電極材料時，蠕蟲狀炭在100mA g-1下，經(jīng)10