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煤的结构基因与煤基碳材料构建研究进展
1
作者 杨建国 杜晨衔 +2 位作者 王立鹏 冯能 王羽玲 《选煤技术》 CAS 2024年第2期1-14,共14页
“双碳”目标的实现必将带来煤炭作为燃料用量的迅速减少,寻找煤炭的高附加值利用途径是煤炭行业可持续发展的迫切需求。简要介绍了基于单原子组装的无烟煤催化石墨化研究和焦炭催化石墨化研究,以及碳化硅炉炉芯石墨产品和特征,其晶体... “双碳”目标的实现必将带来煤炭作为燃料用量的迅速减少,寻找煤炭的高附加值利用途径是煤炭行业可持续发展的迫切需求。简要介绍了基于单原子组装的无烟煤催化石墨化研究和焦炭催化石墨化研究,以及碳化硅炉炉芯石墨产品和特征,其晶体片径可达100um及以上,且受煤及煤基中间体结构的影响较少。重点介绍了无烟煤、烟煤、褐煤的结构特征与碳材料构建,研究发现煤的结构基因对煤基碳材料的构建有着决定性影响。无烟煤高固定碳含量的稳固碳结构有利于形成高强度的多孔炭和增碳补强剂等碳材料,无烟煤基高温石墨片径在几微米左右,片层平行度较差、交叉较多,适用于制备大规格炭电极的多晶石墨电极、电解槽、化学惰性通道。以烟煤为原料的煤沥青和焦炭中的炭青质是构成褶皱石墨的良好前驱体,煤沥青经针状焦石墨化因包含晶体液相生长过程,晶体片径尺寸可达数十微米以上,所形成的褶皱石墨经球团和浸渍包覆可以作为锂离子电池良好的负极储锂材料;焦炭中非晶态的固定碳也是制备硬碳材料的良好原料。褐煤稀疏的大分子架构和多孔颗粒形态有利于浸渍类碳材料的构建,是制备催化剂载体的优质原料。 展开更多
关键词 煤炭高附加值利用 煤的结构基因 煤基碳材料 硬碳材料 多孔碳材料 人造石墨
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煤基碳材料制备与电化学储能应用
2
作者 李振 尚颖泽 +2 位作者 朱张磊 常静 赵凯 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期99-117,共19页
煤基碳材料作为一种重要煤衍生碳材料,优点主要体现在比表面积高、导电性好、资源丰富且价格低,在储能领域应用前景广阔。煤基碳材料制备方法主要包括活化法、模板法以及杂原子掺杂法等。活化法是常用煤基碳材料制备方法,通过高温下用... 煤基碳材料作为一种重要煤衍生碳材料,优点主要体现在比表面积高、导电性好、资源丰富且价格低,在储能领域应用前景广阔。煤基碳材料制备方法主要包括活化法、模板法以及杂原子掺杂法等。活化法是常用煤基碳材料制备方法,通过高温下用气体或化学试剂对煤活化处理,可获得具有高比表面积和丰富孔结构的煤基碳材料。模板法通过选择合适模板材料,制备有特殊孔结构的碳材料,且孔径均一、结构有序。杂原子掺杂法通过向煤基碳材料中引入杂原子,调控其电子结构和电化学性能,不仅可在碳材料表面形成官能团,提高材料反应效率,还可通过氧化还原反应产生赝电容,提高材料电化学性能。以煤为前驱体制备的煤基电极材料种类繁多,包括煤基无定形碳、煤基多孔碳、煤基石墨、煤基碳纳米纤维、煤基石墨烯及煤基石墨烯量子点等。与传统碳电极材料前驱体(天然石墨、石油焦、沥青焦等)相比,煤基碳材料芳香层片结构和烷基支链有特殊性质,芳香层片经高温石墨化形成横向延展的石墨晶层,而烷基支链则形成有活性基团的碳中间体或小分子团簇,进一步构筑出新碳材料,使煤基碳材料具备制造电极材料优势。在电化学储能领域,煤基电极材料已广泛的应用。研究者已将煤基碳材料应用于超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等储能器件,并取得良好性能表现。煤基碳材料作为潜力巨大的新型能源材料,具有广阔应用前景和重要研究意义。然而,目前煤基电极材料在储能领域研究仍存在着许多困难和挑战,如在对原煤处理过程中强氧化剂的使用、对高温高压环境和特殊保护气氛的需求,都会产生污染环境的废弃物及副产品。因此,未来不仅需优化煤基碳材料制备工艺、提高材料电化学性能、拓展煤基碳材料在能源储存领域应用,更需采用绿色、安全且经济的方法规模化制备高品质煤基碳材料,以期为煤炭清洁、高效、低碳利用提供支持,为开发先进煤衍生碳材料提供参考。 展开更多
关键词 煤基碳材料 制备方法 储能 应用前景
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煤基碳材料的制备及其在电化学储能应用的研究进展 被引量：2
3
作者 李意文 《当代化工研究》 CAS 2023年第19期35-37,共3页
为提高电化学储能领域中煤基碳材料的应用效率,本研究旨在全面总结并比较煤基碳材料的制备技术和其在电化学储能中的实际应用。文章系统地探讨了煤基碳材料的三种主要制备技术:活化法、模板法和杂原子掺杂法,分析了各方法的制备原理、... 为提高电化学储能领域中煤基碳材料的应用效率,本研究旨在全面总结并比较煤基碳材料的制备技术和其在电化学储能中的实际应用。文章系统地探讨了煤基碳材料的三种主要制备技术:活化法、模板法和杂原子掺杂法,分析了各方法的制备原理、过程及其产物的特性。进一步,详细考察了采用煤作为前驱体制备的煤基无定形碳、煤基多孔碳和煤基石墨在电化学储能领域的应用现状和效果。研究结果显示,活化法、模板法和杂原子掺杂法均可成功地制备煤基碳材料,但各自具有不同的优势和限制。其中,煤基无定形碳因其高的比表面积和特殊的孔道结构表现出较好的电化学性能,特别是在超级电容器和电池应用中。并且煤基碳材料具有广阔的电化学储能应用潜力,但仍需针对特定应用优化其制备和处理工艺。以期本研究可为煤炭的清洁高效利用和新型煤衍生碳材料的开发提供了深入的理论指导和实践参考。 展开更多
关键词 煤基碳材料 电化学储能 活化法 煤基多孔碳 煤基石墨
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煤基功能碳材料的合成及储能应用 被引量：2
4
作者 张永 杨琪 +2 位作者 邵渊 曾友 邱介山 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期3522-3541,共20页
煤及其热加工转化的衍生品煤沥青等是重要的化工资源,基于分子化学工程的技术方法和多维碳材料工程的新理念,发展煤基功能碳材料是实现煤炭资源清洁高效高值利用的有效途径。煤炭及煤沥青在分子层面呈现稠环芳烃特性,可通过物理外场(微... 煤及其热加工转化的衍生品煤沥青等是重要的化工资源,基于分子化学工程的技术方法和多维碳材料工程的新理念,发展煤基功能碳材料是实现煤炭资源清洁高效高值利用的有效途径。煤炭及煤沥青在分子层面呈现稠环芳烃特性,可通过物理外场(微波、等离子体等)强化作用,利用分子化学裁剪、杂化改性、界面组装等技术手段,实现零维、一维、二维和三维煤基功能碳材料的可控合成,将推动煤基功能碳材料的储能应用。介绍了煤及其热加工转化衍生品的来源、种类及理化性质,系统总结了数种煤基功能碳材料如碳点、炭纤维、碳纳米管、石墨烯、炭纳米片、多孔炭、炭气凝胶、泡沫炭等的制备方法及优缺点;重点介绍了硬炭、软炭、多孔炭、杂原子掺杂炭等煤基功能碳材料的储能应用,突出了碳层取向调控、杂原子掺杂、限域空间构筑等技术策略在提升碳材料离子存储性能方面的重要作用;介绍了煤基功能碳材料与过渡金属或过渡金属化合物有机耦合制备复合材料的方法,诠释了煤基碳源之性质与高容量且体积变化明显的碳电极材料之结构性能间的本征构效关系;讨论了煤基功能碳材料面临的可控度低、前驱体分子结构演变复杂、合成方法优化等问题。基于分子化学工程理念及过程强化技术的发展,讨论了煤基功能碳材料的未来发展方向。 展开更多
关键词 煤基功能碳材料 储能 煤化工资源清洁高效利用 多维碳材料工程 分子化学工程
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煤基碳负极材料在锂离子电池中的应用研究进展 被引量：7
5
作者 张利星 张熊 +3 位作者 李晨 吴志勇 曾涛明 马向东 《石油化工高等学校学报》 CAS 2022年第6期10-18,共9页
随着碳达峰、碳中和成为全球共识,电化学储能技术和相关产业得到了飞速发展,与此同时电极材料的需求也与日俱增。因此,如何利用来源广泛、成本低廉的前驱体制备高性能负极材料成为国内外研究的热点。煤炭因具有碳含量高、储量丰富和价... 随着碳达峰、碳中和成为全球共识,电化学储能技术和相关产业得到了飞速发展,与此同时电极材料的需求也与日俱增。因此,如何利用来源广泛、成本低廉的前驱体制备高性能负极材料成为国内外研究的热点。煤炭因具有碳含量高、储量丰富和价格低廉等特点成为最有潜力的负极材料前驱体。近年来,研究者以煤炭为原料制备了无定型碳、石墨、碳纳米管和石墨烯等负极材料,并对其在锂离子电池中的应用进行了深入研究。总结了三类典型的煤基碳负极材料在锂离子电池中应用的研究进展,并对其合成方法、优化改性及电化学性能等方面进行了综述,最后对煤基碳负极材料的发展及应用进行了展望。 展开更多
关键词 锂离子电池 负极材料 煤基碳材料 合成方法
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煤基纳米碳材料制备技术的研究与应用 被引量：5
6
作者 王化军 张国文 +1 位作者 胡文韬 段旭琴 《选煤技术》 CAS 2015年第6期89-93,共5页
纳米碳材料可以由化工产品、木材、煤等原料制取,在现代工业中发挥着越来越重要的作用。我国煤炭资源丰富,开发煤基纳米碳材料制备技术意义重大。文章介绍了碳纳米管和石墨烯两种具有代表性纳米碳材料的结构、特点、应用前景,阐述了以... 纳米碳材料可以由化工产品、木材、煤等原料制取,在现代工业中发挥着越来越重要的作用。我国煤炭资源丰富,开发煤基纳米碳材料制备技术意义重大。文章介绍了碳纳米管和石墨烯两种具有代表性纳米碳材料的结构、特点、应用前景,阐述了以煤为原料制备两种材料的工艺流程,以为提高煤炭资源的综合利用程度提供理论参考。 展开更多
关键词 纳米碳材料 煤基纳米碳材料 碳纳米管 石墨烯
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气化细渣残炭的低温活化及其在超级电容器中的应用
7
作者 朱嘉琪 宋金玲 +5 位作者 韩宝宝 高建民 刘忠义 王耀 辛国祥 边亭亭 《煤炭工程》 北大核心 2024年第1期199-206,共8页
为了高值化利用煤炭气化细渣,以气化细渣残炭为原料,KOH为活化剂,制备了具有多孔结构的碳材料。首先探究对比了不同碳碱质量比对制得的活性炭的结构和电化学性能的影响,结果表明:在N2气氛下、500℃活化90 min、碳碱质量比为1∶2时,活化... 为了高值化利用煤炭气化细渣,以气化细渣残炭为原料,KOH为活化剂,制备了具有多孔结构的碳材料。首先探究对比了不同碳碱质量比对制得的活性炭的结构和电化学性能的影响,结果表明:在N2气氛下、500℃活化90 min、碳碱质量比为1∶2时,活化的气化细渣残炭(CK-2)具有更好的电化学性能,在电流密度为0.5 A/g时,其质量比容量达到86 F/g,表现出了良好的倍率性能,较之前未处理的气化细渣残炭提高了约1.5倍。然后,将筛选的活化材料CK-2为活性物质组装为对称型电容器,在2 A/g的电流密度下,能量密度达到4.72 W?h/kg;10000次循环后,电容能保持初始值的89%,表现出了较优的能量密度及循环稳定性。 展开更多
关键词 煤基碳材料 气化细渣残炭 电化学性能 低温活化 超级电容器
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