CN103855413B - 一种锂-空气电池正极用多孔碳材料 - Google Patents
一种锂-空气电池正极用多孔碳材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103855413B CN103855413B CN201210496489.7A CN201210496489A CN103855413B CN 103855413 B CN103855413 B CN 103855413B CN 201210496489 A CN201210496489 A CN 201210496489A CN 103855413 B CN103855413 B CN 103855413B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- template
- carbon
- hole
- carbon element
- lithium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/861—Porous electrodes with a gradient in the porosity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8689—Positive electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明涉及分级孔结构多孔碳材料在锂‑空气电池中的应用,其特征是碳材料具有相互贯通的分级孔结构分布,即具有适合放电产物沉积的中孔及适合氧、电解液传输的大孔结构。将该碳材料用作锂‑空气电池电极材料,可最大限度地提高碳材料在充放电过程中的空间利用率,有效提高电池的放电比容量、电压平台及倍率放电能力,进而提高锂‑空气电池的能量密度及功率密度。本发明的优点是:制备工艺简单,材料来源广泛,分级孔碳材料孔结构可调控且调控方式多样,可易于同时实现金属/金属氧化物的掺杂。
Description
技术领域
本发明属于锂空气电池领域,具体涉及一种锂空气电池用正极材料。
背景技术
随着电子、通信设备以及电动车的迅速发展,人们对电池性能提出更高要求。锂-空气电池是一种以金属锂为负极,空气电极为正极的二次电池。作为负极材料的金属锂具有最低的理论电压,其理论比容量高达3,862mAh/g,而作为正极活性物质的氧气可直接从空气中获得,因此,锂-空气电池具有极高的比容量及比能量。以锂为标准,其理论比能量密度可达11,140Wh/Kg,而实际比能量也远高于锂离子电池,在民用及军用领域极具应用前景。
目前,锂-空气电池主要采用各种碳材料作为正极材料,通过混入PTFE,PVDF,Nafion等粘结剂制备空气电极。如图1所示,为锂-空气电池正极放电反应过程模拟图。放电反应在液体电解质溶液与碳材料之间构建的固液两相界面上进行,碳材料表面生成固体不溶产物—锂氧化物,随着反应进行,固体产物积累使内部孔道堵塞继而造成放电终止。
作为电化学反应发生的场所,碳材料孔结构物性参数如:比表面积、孔容、孔径分布对电池性能,尤其是充放电容量具有重要的影响。因此制备及选用具有合适孔结构的碳材料,使其利于电解液与空气在多孔结构内的传输,从而加快电极反应速率以及增加孔的有效利用,对于空气电极至关重要。
如何构造合适孔结构的碳材料以提高锂-空气电池的放电比容量、放电平台是目前亟待解决的难题。目前研究认为,具有高孔容的多孔碳可以为放电过程中生成的锂氧化物提供更多的储存空间,从而表现出高的比容量。此外,孔径分布也是影响电池性能的重要因素。Tran等研究了一系列高比表面积多孔碳的孔径分布与容量之间的关系,电极的容量由不会影响物质传输的大尺寸孔道内锂氧化物的量所决定。碳材料微孔孔道与部分中孔孔道会被放电起始阶段所形成的锂氧化物堵塞,这部分孔的表面将无法再次通过空气与电解液,因此不再参与电化学反应,造成放电终止。然而,完全由大孔尺寸构成的碳材料在放电过程中,由于锂氧化物导电性差,放电产物在孔壁上的堆积厚度有限,大孔的中心部分得不到利用,也不能充分发挥孔的利用空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂-空气电池用电极碳材料及其制备方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种锂-空气电池正极用多孔碳材料,所述碳材料具有相互贯通的分级孔结构,分级孔包括传质孔和沉积孔,沉积孔占总孔孔体积的40~95%,传质孔占总孔孔体积的4~55%,其余为孔径小于5nm的孔,沉积孔孔径为5~90nm,传质孔孔径为0.1~6um,传质孔间相互间距为0.1~8um,总孔容为0.5~5cm3/g。
所述碳材料采用模板法、模板法结合活化法、模板法结合发泡法制备而成。
优选模板法、模板法结合活化法。
具体制备方法如下:
A模板法
将碳前驱物和模板溶于水或有机溶剂中,水浴加热40~85℃并机械搅拌,待水分完全蒸发后在60~80℃干燥;干燥后的产品进行碳化,碳化气体为N2或/和Ar,碳化温度范围在500~1700℃,碳化时间控制在1~8h,得到模板/碳复合物,用酸或碱溶液去除模板,经过滤、干燥,即得多孔碳材料。
B模板法结合活化法
具体方法包括模板法在碳化过程中活化,或模板法制备的碳材料进行后活化,还可以将两种方法结合使用。优选模板法在碳化过程中活化法。
模板法在碳化过程中活化,包括以下一种或两种以上方法结合进行:
(1)物理活化法:所述模板法碳化过程中通入水蒸气、CO2、及可产生上述两种气体之一的化合物中的一种或几种进行活化。碳化及活化温度控制在400~1300℃,活化时间控制在10min~5h,水蒸气或CO2进气流量控制在2~100ml/min;
(2)催化活化法:所述模板法碳前驱体在溶解过程中添加含金属盐或金属氢氧化物的前驱体,其中金属盐或金属氢氧化物与模板的质量百分比范围为1~15%。
模板法后活化,包括以下一种或两种以上方法结合进行:
(1)物理活化法:所述模板法制备的碳材料通入水蒸气、CO2、及可产生上述两种气体之一的化合物中的一种或几种进行活化。活化温度控制在400~1300℃,活化时间控制在10min~5h,水蒸气或CO2进气流量控制在2~100ml/min;
(2)化学活化法:将活化试剂与模板法制备的碳材料研磨混合均匀,活化试剂为碳材料质量的10~300%,活化温度控制在300~900℃,活化时间控制在10min~5h;活化后碳材料用水洗涤并干燥。所述的活化试剂包括碱类活化试剂KOH,酸类活化试剂H3PO4,盐类活化试剂为ZnCl2、K2CO3或NaCO3。
C模板法结合发泡法
将碳前驱物、模板和发泡剂溶于水或有机溶剂中,水浴加热40~85℃并机械搅拌,待水分完全蒸发后在60~80℃干燥;干燥后的产品进行碳化,碳化气体为N2或/和Ar,碳化温度范围在500~1700℃,碳化时间控制在1~8h,得到模板/碳复合物,用酸或碱溶液去除模板,经过滤、干燥,即得多孔碳材料。
所述发泡剂为柠檬酸、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、碳酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、正戊烷、正己烷、正庚烷或石油醚中的一种或两种以上,其中发泡剂与碳前驱物的质量百分比范围在5~100%。优选柠檬酸、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸钙。
所述碳前驱物包括以下中的一种或二种以上:
(1)低分子的糖类,包括蔗糖、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、木糖或糠醇;优选蔗糖、葡萄糖;
(2)小分子的有机物,包括甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯;优选甲醛树脂;
(3)高分子聚合物,包括中间相沥青、聚乙二醇、苯酚甲醛树脂或间苯二酚甲醛树脂;优选间苯二酚甲醛树脂。
所述模板为SiO2溶胶、沸石、Al2O3、介孔SiO2、氧化镁、醋酸镁、葡萄糖酸镁、氧化铜、氧化锌、氧化亚铁、三氧化二铁、碳酸钙、碳酸镁、四氧化三铁、二氧化锡、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、三氧化钼、三氧化二钒、氧化钛纳米粉体、金属镍氢氧化物、金属铁氢氧化物、金属镁的氢氧化物、二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一种或多种,其中模板粒径尺寸范围在5~8000nm。优选SiO2溶胶、碳酸钙、碳酸镁、金属镍氢氧化物、二氧化硅微球、聚苯乙烯微球。
模板法结合催化活化法中前驱体为含Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上金属盐或金属氢氧化物;金属盐为金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、二亚硝基二胺盐、乙酰丙酮化物、或大环络合物及卟啉化物、酞箐化物中的一种或二种以上。优选Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Mn的硝酸盐、醋酸盐。
所述模板与碳前驱物的质量百分比为600~10%;碳前驱物在水或有机溶剂中的浓度为0.05~0.4g/ml;有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或二种以上;去除模板使用的酸溶液为0.5~3M盐酸、硫酸、硝酸或氢氟酸,碱溶液为0.5~3M氢氧化钠溶液。
本发明有益效果
1.本发明所述的锂-空气电池用新型分级孔结构的碳材料,其结构具有适合放电产物沉积的沉积孔(孔径5~100nm),另外贯通于沉积孔间还均匀分布着大孔的传质孔(孔径0.1um-6um),孔间距0.1um-8um。二者结合,一是使生成的锂氧化物在与其尺寸相当的沉积孔的孔道内均匀沉积;二是使传质孔成为电解液及溶解氧的储腔,贯通于沉积孔为其提供反应物,大大缩短离子及氧气扩散距离,且由于孔尺寸远大于锂氧化物沉积大小,因此放电过程中即使大倍率放电,传质孔始终不被堵塞。综合考虑,此新型分级孔结构的碳材料,大大提高碳材料电极的空间利用率,使各孔径尺寸的孔各司其职,在电池运行过程中充分达到高的比容量及功率密度。
2.分级孔结构碳材料用作锂-空气电池电极,可分别用于放电产物的沉积及氧、电解液的传质,并缩短离子及氧气扩散距离,最大限度地提高碳材料孔的利用率,有效提高电池的放电比容量、电压平台及倍率放电能力,提高电池的能量密度及功率密度;
3.本发明中分级孔结构碳材料制备工艺简单,材料来源广泛,材料廉价易得;
4.分级孔碳材料孔结构可调控,从微米到纳米范围且调控范围广且方式多样;
5.模板法的优点是:通过加入硬质模板的方式,可通过模板占位作用形成较大孔径的孔,其中,模板选择范围广泛,且模板粒径范围从几纳米到几十微米可选。最终形成介孔到大孔范围的分级孔结构的碳材料,满足电池放电过程需要。
6.模板法结合活化法的优点是:通过加入硬质模板的方式,可通过模板占位作用形成较大孔径的孔,其中,模板选择范围广泛,且模板粒径范围从几纳米到几十微米可选。且通过活化的方式,可对网络结构的孔进一步扩孔,形成较大孔径的孔,最终形成介孔到大孔范围的分级孔结构的碳材料,满足电池放电过程需要。其中催化活化方法制备过程中可易于同时实现金属/金属氧化物的掺杂,应用于锂空气电池可对充放电过程起到催化作用,降低充放电极化,提高电池能量效率。
7.模板法结合发泡法的优点是:通过加入硬质模板的方式,可通过模板占位作用形成较大孔径的孔,其中,模板选择范围广泛,且模板粒径范围从几纳米到几十微米可选。且通过加入发泡剂方式,可发泡形成较大孔径的孔,最终形成介孔到大孔范围的分级孔结构的碳材料,满足电池放电过程需要。且加入的发泡剂在碳化过程中分解,不需要酸洗或碱洗处理。
附图说明
图1电极反应过程模拟图;
图2为实施例1本发明采用以纳米粉体碳酸镁为模板制备的分级多孔碳材料与商业化碳粉材料表面形貌的对比,A为分级多孔碳材料(HPC),B为商业化KB600碳粉。
图3为实施例1中采用纳米粉体碳酸镁为模板制备的分级多孔碳(HPC)与商业化碳材料(KB600)用作锂空气电池正极的电池放电测试曲线。
具体实施方式
实施例1
以纳米碳酸镁粉体为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g葡萄糖,加入15ml水中搅拌至溶解完全,然后加入3g柠檬酸、5g碳酸镁,在80℃水浴条件下加热并机械搅拌,使其完全分散,待水分完全蒸发后放入80℃干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化,气氛为氮气,气体流量控制在30ml/min。800℃下经碳化2h取出得到纳米颗粒/碳复合物,再加适量2M稀盐酸去除纳米碳酸镁,经过滤后80℃真空干燥24h,即得分级孔结构多孔碳材料。
实施例1所制备的正极材料结构具有大量的30~60纳米孔径沉积孔,具有1~2微米级传质孔的分级孔,传质孔间相互间距为2um左右,传质孔贯通于沉积孔;碳材料呈敞开式的片层结构(扫描电镜结果图2显示)。另外BET结果表明,所制备的碳材料在50nm左右有集中的孔分布,碳材料的总孔容为1.2cm3/g,沉积孔占总孔孔体积的56%。
实施例1所制备的分级多孔碳材料用作锂空气电池正极,其电极担量为3mg/cm2 carbon,在三氟甲基磺酰亚胺锂电解质盐和四甘醇二甲醚溶剂构成的电解液下,室温以0.1mA/cm2电流密度下,1atm下99.99%纯度的O2条件下测试,首圈放电容量达6000mAh/g。(图3)
对比例:
采用商业化KB-600碳粉作为锂空气电池正极,相同条件下,其首圈放电容量仅为3000mAh/g,实施例1所制备的分级多孔碳材料容量较商业化碳粉KB-600提高了100%。(图3)
实施例2
以SiO2溶胶为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g葡萄糖、0.2716g六水合硝酸钴加入15ml水中搅拌至溶解完全,然后加入5g SiO2溶胶,机械搅拌使其完全分散,在80℃水浴条件下加热并机械搅拌,待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化,气氛为氮气,气体流量控制在30ml/min。900℃经碳化3h取出得到纳米SiO2/碳复合物,再加适量1M HF去除SiO2和生成的氧化钴,经过滤后80℃真空干燥24h,即得分级孔结构多孔碳材料。
实施例3
以纳米碳酸钙粉末为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g葡萄糖、2g氢氧化镍加入10ml水中搅拌至分散完全,然后加入3g碳酸钙,在80℃水浴条件下加热并机械搅拌,使其完全分散,待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化,气氛为氮气,气体流量控制在20ml/min。在900℃经碳化2h取出得到纳米颗粒/碳复合物,再用适量2M稀盐酸去除纳米碳酸钙和氧化镍,经过滤后80℃真空干燥24h,即得分级孔结构多孔碳材料。
实施例4
以纳米氧化铝粉末为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g蔗糖加入10ml水中搅拌至分散完全,然后加入8g氧化铝,在80℃水浴条件下加热并机械搅拌,使其完全分散,待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化,N2中800℃处理3h,换CO2 800℃吹扫1h,然后换N2吹扫至室温,得到纳米颗粒/碳复合物,再用适量2M稀盐酸去除氧化铝,经过滤后80℃真空干燥24h,即得分级孔结构多孔碳材料。
实施例5
以二氧化硅微球粉体为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g蔗糖、0.358g 50%的硝酸锰水溶液加入15ml水中搅拌至分散完全,然后加入6g二氧化硅微球,在60℃水浴条件下加热并机械搅拌,使其完全分散,待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉碳化,N2中850℃处理3h,换水蒸气850℃吹扫0.5h,然后换N2吹扫至室温,得到纳米颗粒/碳复合物,再用适量1M HF洗除二氧化硅和氧化锰,经过滤后80℃真空干燥24h,即得分级孔结构多孔碳材料。
实施例6
以氢氧化镍粉体为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g淀粉,1g碳酸氢铵,加入15ml水中搅拌至溶解完全,然后加入5g氢氧化镍粉体,在80℃水浴条件下加热并机械搅拌,使其完全分散,待水分完全蒸发后放入80℃干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化,气氛为氮气,气体流量控制在50ml/min。900℃下经碳化4h取出得到纳米颗粒/碳复合物,再加适量2M稀硝酸去除氧化镍,经过滤后80℃真空干燥24h,即得分级孔结构多孔碳材料。
实施例7
以氢氧化镍粉体为模板制备分级孔结构多孔碳材料。准确称量5g蔗糖,加入10ml水中搅拌至分散完全,然后加入10g氢氧化镍粉体,在80℃水浴条件下加热并机械搅拌,使其完全分散,待水分完全蒸发后放入80℃真空干燥24h。然后将干燥后的产品放入高温管式炉炭化,Ar中800℃处理3h,换CO2800℃吹扫1h,然后换Ar吹扫至室温,得到纳米颗粒/碳复合物,再用适量2M稀硝酸去除氧化镍,经过滤后80℃真空干燥24h,即得分级孔结构多孔碳材料。
Claims (3)
1.一种锂-空气电池正极用多孔碳材料,其特征在于:所述碳材料具有相互贯通的分级孔结构,分级孔包括传质孔和沉积孔,沉积孔占总孔孔体积的40~95%,传质孔占总孔孔体积的4~55%,其余为孔径小于5nm的孔,沉积孔孔径为5~90nm,传质孔孔径为0.1~6um,传质孔间相互间距为0.1~8um,传质孔通过沉积孔相互连通,碳材料的总孔容为1.2~5cm3/g;
所述碳材料采用模板法结合活化法制备而成,制备过程包括在采用模板法制备的碳化过程中活化,或/和对模板法制得的碳材料采用物理活化法进行后活化;
所述模板法结合活化法中在碳化过程中活化,包括以下一种或两种方法结合进行:
(1)物理活化法:所述模板法碳化过程中通入水蒸气、CO2、及能够产生上述两种气体之一的化合物中的一种或几种进行活化;活化温度控制在400~1300℃,活化时间控制在10min~5h,水蒸气或CO2进气流量控制在2~100ml/min;
其中模板法按如下过程制备:
将碳前驱物和模板溶于水或有机溶剂中,水浴加热40~85℃并机械搅拌,待水分或有机溶剂完全蒸发后在60~80℃干燥;干燥后的产品进行碳化,碳化气体为N2或/和Ar,碳化温度范围在500~1700℃,碳化时间控制在1~8h,得到模板/碳复合物,用酸或碱溶液去除模板,经过滤、干燥,即得多孔碳材料;
(2)催化活化法:将碳前驱物溶于水或有机溶剂中,然后添加金属盐或金属氢氧化物继续溶解分散,再加入模板溶解分散,水浴加热40~85℃并机械搅拌,待水分或有机溶剂完全蒸发后在60~80℃干燥;干燥后的产品进行碳化,碳化温度范围在500~1700℃,碳化时间控制在1~8h,得到模板/碳复合物,用酸或碱溶液去除模板和金属盐或金属氢氧化物,经过滤、干燥,即得多孔碳材料;
所述金属盐或金属氢氧化物为Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Y、Rh、Cr、Zr、Ce、Ti、Mo、Mn、Zn、W、Sn、La及V的一种或二种以上金属的金属盐或金属氢氧化物;金属盐为金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐、卤化物、二亚硝基二胺盐、乙酰丙酮化物、或大环络合物及卟啉化合物、酞菁化合物中的一种或二种以上;其中金属盐或金属氢氧化物与模板的质量百分比范围为1~15%;
其中,物理活化法和催化活化法中,
所述的碳前驱物包括以下中的一种或二种以上:
蔗糖、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、木糖、糠醇、甲醛、苯酚、乙烯、乙炔、丙烯、苯、中间相沥青、聚乙二醇、苯酚甲醛树脂或间苯二酚甲醛树脂;
所述模板为沸石、氧化镁、醋酸镁、葡萄糖酸镁、氧化铜、氧化锌、氧化亚铁、三氧化二铁、碳酸钙、碳酸镁、四氧化三铁、二氧化锡、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、三氧化钼、三氧化二钒、氧化钛纳米粉体、金属镍氢氧化物、金属铁氢氧化物、金属镁的氢氧化物、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球中的一种或多种,其中模板粒径尺寸范围在5~8000nm。
2.根据权利要求1所述的多孔碳材料,其特征在于:
所述模板法制得的碳材料进行后活化,包括以下一种或两种方法结合制备而成:
(1)物理活化法:所述模板法制备的多孔碳材料通入水蒸气、CO2及能够产生上述两种气体之一的化合物中的一种或几种进行活化;活化温度控制在400~1300℃,活化时间控制在10min~5h,水蒸气或CO2进气流量控制在2~100ml/min;
(2)化学活化法:将活化试剂与所述模板法制备的多孔碳材料研磨混合均匀,活化试剂为碳材料质量的10~300%,活化温度控制在300~900℃,活化时间控制在10min~5h;活化后碳材料用水洗涤并干燥;所述的活化试剂包括碱类活化试剂KOH,酸类活化试剂H3PO4,盐类活化试剂ZnCl2、K2CO3或Na2CO3;
物理活化法和化学活化法中所述的模板法按如下过程制备而成:
将碳前驱物和模板溶于水或有机溶剂中,水浴加热40~85℃并机械搅拌,待水分或有机溶剂完全蒸发后在60~80℃干燥;干燥后的产品进行碳化,碳化气体为N2或/和Ar,碳化温度范围在500~1700℃,碳化时间控制在1~8h,得到模板/碳复合物,用酸或碱溶液去除模板,经过滤、干燥,即得多孔碳材料。
3.根据权利要求1所述的多孔碳材料,其特征在于:所述模板与碳前驱物的质量百分比为600~10%;碳前驱物在水或有机溶剂中的浓度为0.05~0.4g/mL;有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或二种以上;去除模板使用的酸溶液为0.5~3M盐酸、硫酸、硝酸或氢氟酸,碱溶液为0.5~3M氢氧化钠溶液。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210496489.7A CN103855413B (zh) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 一种锂-空气电池正极用多孔碳材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210496489.7A CN103855413B (zh) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 一种锂-空气电池正极用多孔碳材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103855413A CN103855413A (zh) | 2014-06-11 |
CN103855413B true CN103855413B (zh) | 2016-08-24 |
Family
ID=50862793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210496489.7A Active CN103855413B (zh) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 一种锂-空气电池正极用多孔碳材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103855413B (zh) |
Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104518226B (zh) * | 2013-09-29 | 2017-07-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种锂·空气或锂氧电池正极用多孔碳材料 |
CN105621412B (zh) * | 2014-10-30 | 2017-08-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种三级孔道碳材料制备方法 |
CN105621386B (zh) * | 2014-10-30 | 2017-06-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种制备碳材料的方法 |
CN105621411B (zh) * | 2014-10-30 | 2017-08-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种合成大孔碳材料的方法 |
CN105645374B (zh) * | 2014-12-06 | 2018-02-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种介孔碳材料的制备方法 |
CN105731414B (zh) * | 2014-12-06 | 2017-10-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种制备介孔碳材料的方法 |
CN104993103B (zh) * | 2015-05-19 | 2018-05-15 | 长安大学 | 介孔非晶SiOX/C纳米复合负极材料及一步制备方法 |
CN105186010B (zh) * | 2015-09-08 | 2017-09-19 | 重庆大学 | 一种多级孔结构氮掺杂碳氧还原催化剂的制备方法 |
CN105185967B (zh) * | 2015-10-12 | 2018-02-23 | 南京工业大学 | 锂离子电池高性能的碳基负极材料及其制备方法 |
CN105817202A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-03 | 江苏大学 | 一种三维木质素基多级孔活性炭材料的制备方法及其用途 |
CN106129425A (zh) * | 2016-09-21 | 2016-11-16 | 许昌学院 | 一种多孔碳电极材料及其制备方法和应用 |
CN108807919B (zh) * | 2016-09-23 | 2021-01-19 | 河北工业大学 | 一种三维碳架的制备方法 |
WO2018136810A1 (en) | 2017-01-19 | 2018-07-26 | Graphene Technologies, Inc. | Multifunctional nanocomposites reinforced with impregnated cellular carbon nanostructures |
CN110506026B (zh) * | 2017-03-15 | 2024-03-08 | 迪金森公司 | 包含未浸渍的泡孔状碳纳米结构的复合物 |
CN106829923A (zh) * | 2017-03-16 | 2017-06-13 | 石河子大学 | 一种生物质炭材料及制备方法 |
CN107381572A (zh) * | 2017-08-30 | 2017-11-24 | 章德恩 | 一种电容器用生物质‑煤基活性炭材料及其制备方法 |
CN107879342B (zh) * | 2017-11-21 | 2020-12-18 | 宁夏浦士达环保科技有限公司 | 一种高吸附型多孔活性炭的制备方法 |
CN107915216A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-17 | 天津大学 | 一种孔结构可控的介孔/大孔碳材料3d打印成型的方法 |
CN110304629B (zh) * | 2018-03-25 | 2021-03-02 | 北京金羽新能科技有限公司 | 一种分级多孔炭材料及其制备的超级电容器 |
CN108889281A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-11-27 | 蚌埠市腾宇水产养殖农民专业合作社 | 一种水产养殖净水剂的制备方法 |
CN109449388A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-03-08 | 昆明理工大学 | 一种锂离子电池碳硅负极材料的制备方法 |
CN111463438A (zh) * | 2019-01-18 | 2020-07-28 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种香蒲碳锂空气电池正极材料及其制备方法和应用 |
CN110040716B (zh) * | 2019-04-24 | 2020-11-13 | 陕西科技大学 | 一种钠离子电池用超薄碳纳米片负极材料的制备方法 |
CN110560123B (zh) * | 2019-08-23 | 2022-10-25 | 安徽师范大学 | 无金属无孔催化剂材料的制备方法及应用 |
CN111490231B (zh) * | 2020-04-17 | 2021-07-06 | 哈尔滨理工大学 | 一种柔性电极-电解质一体化全固态锂硫电池的制备 |
CN111333067A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-06-26 | 上海市农业科学院 | 一种中孔活性炭的制备方法及其在缓解含藻水引起的滤膜污染中的应用 |
CN114455567B (zh) * | 2020-11-03 | 2023-06-30 | 广东量子墨滴生物科技有限公司 | 一种碳纳米粒子的制备方法及应用 |
CN112321315B (zh) * | 2020-11-19 | 2022-08-09 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种碳/碳化硅-碳化锆陶瓷基复合材料的制备方法 |
CN113035579B (zh) * | 2021-03-29 | 2022-04-12 | 华北电力大学 | 一种电容器电极的制备方法及电容器电极 |
CN112980022B (zh) * | 2021-04-25 | 2022-05-03 | 电子科技大学 | 一种多孔碳胶囊基/聚二甲基硅氧烷复合柔性膜及其制备方法和应用 |
CN113451557B (zh) * | 2021-06-25 | 2022-04-15 | 安徽工业大学 | 一种锂硫电池正级材料的制备方法 |
CN113948678B (zh) * | 2021-09-07 | 2023-09-26 | 长沙矿冶研究院有限责任公司 | 一种用于锂硫电池的多孔高载量电极的制备方法 |
CN113772656B (zh) * | 2021-09-29 | 2023-03-14 | 吉林大学 | 一种金属盐辅助制备多孔碳材料的方法及其应用 |
CN116654894B (zh) * | 2023-05-21 | 2024-01-19 | 中国矿业大学 | 一种二元复合多孔碳材料的制备方法及应用 |
CN117525426A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-02-06 | 贝特瑞新材料集团股份有限公司 | 碳材料及制备方法、负极材料及制备方法、锂离子电池 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102295281A (zh) * | 2011-06-21 | 2011-12-28 | 华东理工大学 | 一种以空心介孔硅球为模板制备分级多孔碳的方法 |
CN101454243B (zh) * | 2006-05-31 | 2012-04-18 | 促进科学E.V.麦克斯-普朗克公司 | 多孔导电碳材料及其应用 |
US20120121993A1 (en) * | 2010-11-12 | 2012-05-17 | David Chua | Electrolyte containing methoxybenzene for use in lithium-air semi-fuel cells |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000315500A (ja) * | 1999-04-30 | 2000-11-14 | Adchemco Corp | リチウムイオン二次電池用の難黒鉛化性炭素材料、その製造方法及びリチウムイオン二次電池 |
JP2006056750A (ja) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Shinshu Univ | 多孔質炭素材料およびその製造方法 |
-
2012
- 2012-11-28 CN CN201210496489.7A patent/CN103855413B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101454243B (zh) * | 2006-05-31 | 2012-04-18 | 促进科学E.V.麦克斯-普朗克公司 | 多孔导电碳材料及其应用 |
US20120121993A1 (en) * | 2010-11-12 | 2012-05-17 | David Chua | Electrolyte containing methoxybenzene for use in lithium-air semi-fuel cells |
CN102295281A (zh) * | 2011-06-21 | 2011-12-28 | 华东理工大学 | 一种以空心介孔硅球为模板制备分级多孔碳的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103855413A (zh) | 2014-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103855413B (zh) | 一种锂-空气电池正极用多孔碳材料 | |
CN103855366B (zh) | 一种锂-空气电池正极用氮掺杂的多孔碳材料 | |
CN104518226B (zh) | 一种锂·空气或锂氧电池正极用多孔碳材料 | |
CN103855412B (zh) | 锂-空气电池正极用多孔碳材料 | |
CN103855367B (zh) | 锂-空气电池正极用氮掺杂的多孔碳材料 | |
CN110336032B (zh) | 一种纳米钴负载的氮掺杂三维多孔碳的制备方法及其在锂硫电池中的应用 | |
CN103855365B (zh) | 锂-空气电池正极使用氮掺杂的多孔碳材料 | |
CN104518219B (zh) | 多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用 | |
CN104518218B (zh) | 一种多孔碳材料在锂‑亚硫酰氯电池正极中的应用 | |
Ma et al. | A review of cathode materials and structures for rechargeable lithium–air batteries | |
CN104882594A (zh) | 三维石墨烯-空心碳球纳米复合物及其制备方法 | |
Li et al. | Electrospun metal–organic framework based nanofibers for energy storage and environmental applications: current approaches and challenges | |
CN103050702A (zh) | 原位掺杂有催化活性组分的碳材料在锂-空气电池中应用 | |
CN107841764B (zh) | 一种二氧化碳电还原阴极及其制备方法 | |
CN103855394B (zh) | 锂-空气电池正极使用多孔碳材料 | |
CN104916828A (zh) | 三维石墨烯-空心碳球/硫复合材料及其制备方法和在锂硫电池中的应用 | |
CN103840179B (zh) | 表面包覆MnO2和Au纳米颗粒的三维石墨烯基复合电极、制备方法和应用 | |
CN102709057A (zh) | 不同氧化程度的石墨烯与二氧化锰复合物的制备方法 | |
Xia et al. | Simple synthesis of Ni/high porosity biomass carbon composites with enhanced electrochemical performance of lithium–sulfur battery | |
Zhang et al. | Mesoporous Cr 2 O 3 nanotubes as an efficient catalyst for Li–O 2 batteries with low charge potential and enhanced cyclic performance | |
Yao et al. | Template-assisted synthesis of hierarchically porous Co3O4 with enhanced oxygen evolution activity | |
CN105006379A (zh) | 一种二氧化钌纳米团簇/碳复合材料及其制备方法 | |
CN114524427A (zh) | 一种手风琴状木质素立方体碳材料及其制备与在超级电容器中的应用 | |
CN106622330A (zh) | 具有协同催化效应的Fe‑Co‑N三元共掺杂三维石墨烯的制备 | |
He et al. | Hollow N‐doped carbon sphere synthesized by MOF as superior oxygen electrocatalyst for Li‐O2 batteries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |