在过去的10年里,便携式电子设备和电动汽车的迅速发展引起了人们对电化学储能系统商业化的兴趣.因钠元素在地球上的丰富储备,钠离子电池是目前锂离子电池最有前途的替代品,作为一种新兴的低成本储能技术,在大规模电化学储能中具有较好的应用前景.由于碳材料的原料丰富、成本低廉、具有低的电化学电位,通常是电池负极材料的首选.其中,石墨具备良好的化学稳定性和相对较高的比容量被广泛用于商业锂离子电池.但是由于热力学的限制,钠与石墨的层间化合物不存在,将石墨作为钠离子电池的负极几乎不显示储钠活性,这导致容量的极大损失.硬碳具有可膨胀的石墨烯夹层、合适的工作电压和相对较低的成本,被认为是最有可能实现商业化应用的钠离子电池负极材料.合成聚合物作为硬碳前驱体的重要来源,可以通过调控化学组成结构和工艺条件,实现不同的结构和形貌,以满足不同的性能需求.本文综述了近年来以合成聚合物为前驱体制备硬碳负极材料的研究进展,重点介绍了合成聚合物的种类和制备方法对硬碳材料的微观结构形态的影响,以及形貌结构和电化学性能之间的关系.此外,还探讨了提升硬碳材料电化学性能的关键因素,并提出了未来主要发展的方向,促进钠离子电池实现商业化....
研究
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挥发性有机化合物(VOCs)因其对生态环境和人类健康的严重危害而受到广泛关注。VOCs处理技术主要有焚烧法、冷凝法、吸附法和催化氧化法等,其中,吸附法以成本低、效果稳定、吸附剂可再生等优点被认为是一种高效、经济的处理手段。生物炭是一种绿色环保、廉价易得的炭质吸附材料,近年研究较多。介绍了生物炭基本吸附特性,对比不同制备和改性方法的优劣,重点分析了比表面积、孔隙特性和官能团等因素对生物炭吸附VOCs的影响,讨论了生物炭吸附VOCs的机理。生物炭原料来源广泛,原料种类、含量和成分差异都会影响生物炭的结构性质,从而影响其吸附能力。生物炭具有丰富的官能团和复杂的孔隙结构,一般采用常规热解方法在适当温度下制备的生物炭产率较高,结构性能较好。现阶段对生物炭改性效果显著的方法包括物理改性和化学改性,且生物炭改性后具备很高的VOCs吸附性能。通常生物炭比表面积越大,吸附性能越好;孔径越大,对大分子VOCs吸附更有利,但孔径远大于VOCs分子直径时,分子间吸附减弱;孔径越小,对小分子VOCs吸附更有利,但孔径过小也会增加VOCs的扩散阻力。较大的比表面积、适当的孔径以及针对被吸附VOCs气体极性进行改性使得生物炭具有较好的吸附性能。生物炭吸附VOCs的机理主要包括炭化区的吸附和非炭化有机物的分配,炭化温度小于300℃时分配作用为主要作用。比表面积越大,孔隙结构越发达,越有利于物理吸附;化学吸附一般通过生成化学键(如氢键、π—π键)产生作用。多组分VOCs会发生竞争吸附,且吸附亲和力较强的气体会取代吸附亲和力弱的气体。生物炭在相关领域的研究主要集中在实验室阶段,原料运输以及二次污染等问题使得生物炭吸附在工业上还未有成熟应用。提出未来生物炭吸附VOCs重点研究方向在于开发靶向改性生物炭、新型环保型生物炭复合材料、降低生物炭材料生产成本以及在分子水平上进行模拟研究。...
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