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开云优惠体育网页版入口名称：分级多孔碳微球的可控制备及其超级电容性能研究

开云优惠体育网页版入口完成单位：陇东学院

开云优惠体育网页版入口完成人：赵磊;刘浩锐;杨娜娜;孙旖彤;杨来东;刘卯成

所属行业：制造业

开云优惠体育网页版入口登记号：9622022J0551

开云优惠体育网页版入口简介：

一、课题来源与背景
绿色能源和可持续能源的开发、储存和综合利用是21世纪人类面临的最重要课题之一。超级电容器因具有传统电池无法比拟的高功率密度、长循环寿命和无污染等特点，有望成为本世纪新型的绿色电源。
二、研究目的与意义
本项目拟采用不同尺寸的硅微球作为模板，通过ATRP可控聚合法将不同分子量的聚合物原位接枝在模板上，高温碳化后用氢氟酸刻蚀模板制备内径、壁厚可控的分级多孔碳微球材料，并用此材料作为研究载体，系统研究微观结构对其功率性能、阻抗性能等超级电容性能的影响规律。本项目是研究碳电极材料微观结构和表面性质与其电化学储能性能关系的应用基础研究，然而研究对象是石油化工衍生产品，应用于新能源储存，这为化石能源和新能源协同发展搭建桥梁，为甘肃省乃至开云优惠体育网页版入口能源结构调整提供更多可能。
三、主要论点与依据
从碳材料的研究趋势来看，主要向着提高材料的有效比表面积、设计孔结构和精确控制微观结构等方向发展。Wang[8]等在AngewandteChemieInternationalEdition杂志上发表的以模板法合成3D连续分级多孔碳，其特征是结构同时具有大孔（60~100nm）、介孔（2~50nm）、微孔（1~2nm）、超微孔（<1nm），超级电容性能表现出良好的功率性能和非常低的ESR（等效串联电阻）=0.08Ω。胡征等在AdvanceMaterials杂志上发表的采用纳米Cu模板法制备3D内部互通的分级多孔类石墨碳电极材料，具有在2000A/g电流密度下比电容为129F/g的超高功率性能和非常低的Rct（电荷阻抗）=0.01Ω和Rw（扩散阻抗）=0.04Ω。Wang和胡征等认为碳材料在储能过程中，大孔结构主要具有离子缓冲池的作用介孔结构能够传输电解质离子，介孔和微孔结构主要储存电荷，互通分级多孔结构为电荷离子在电极材料体相传输提供便利通道，微观结构壁厚决定电荷离子的传输距离，它们共同控制其功率性能、阻抗性能等超级电容性能。因而，系统研究碳材料内部微观结构与其超级电容功性能的关系，可以丰富和深化电极材料结构与性能关系，为设计出超级电容性能优良的碳电极材料提供理论依据。研究微孔，介孔和分级多孔的三种孔结构的碳电极材料，研究三种结构碳电极材料的亲电解质性对其超级电容性能的影响规律，发现三种碳电极材料改性后的比容量都明显提高，且没有引入赝电容的储能行为，说明碳电极材料的良好亲电解质性有利于提高其双电层电容的储能性能，相比碳微球和介孔碳，同时具有微孔，介孔和大孔的分级多孔碳电极材料的亲电解质性对其电化学性能的影响更显著。
四、创见与创新
（1）用ATRP接枝硅模板法制备内径和壁厚可控的分级多孔碳微球电极材料，为研究碳材料微观结构与其功率性能、阻抗性能等超级电容性能的关系提供理想的载体，同时也为制备性能
优良的超级电容器电极材料提供了新思路；（2）系统研究碳材料微观结构内径、壁厚对其功率性能、阻抗性能等超级电容性能的影响规律，丰富和深化了超级电容器电极材料中结构与性能的构象关系，为设计出超级电容器用高性能碳电极材料提供理论依据，因而具有重要的科学价值；（3）研究三种孔结构碳材料的亲电解质性对其超级电容性能影响规律。
五、社会经济效益，存在的问题
（1）社会经济效益
我省风、光资源丰富，是开云优惠体育网页版入口五大新能源发电示范基地，现已形成酒泉千万千瓦级别风能发电基地和陇东风光综合新能源示范基地，然而由于风光发电具有间歇性和不均匀性，导致弃风弃光，资源浪费。通常与风、光发电场配套建设储能装置，用于调峰上网。超级电容器具有功率密度高和循环稳定性好的特点，能够很好适应波动电流的充电，是应用于新能源发电场储能装置的最佳选择。我省有兰州石油化工公司和庆阳石油化工公司两家大型的化工企业，其中庆阳石油化工公司的石油高附加值产品类型较少，结构单一。本项目采用石油衍生产品聚苯乙烯作为碳源制备碳电极材料，因此该项目研究有利于推动庆阳石化公司拓展石油加工产品的产业链和转型升级生产更高附加值石油衍生产品。本项目是研究碳电极材料微观结构和表面性质与其电化学储能性能关系的应用基础研究，然而研究对象是石油化工衍生产品，应用于新能源储存，这为化石能源和新能源协同发展搭建桥梁，为甘肃省乃至开云优惠体育网页版入口能源结构调整提供更多可能。
（2）存在的问题
此研究虽完成了既定指标任务，但限于时间及资金问题，仍然有部分工作未做到尽善尽美，具体如下：本研究通过悬浮聚合制备碳微球，但微球的尺寸和空心结构精确调控仍然比较难实现，模板法能够实现中空碳微球，并且孔径的尺寸可以精确控制，但是受研究时间限制，无法进一步通过模板法制备孔径可控的中空碳微球；本研究通过超浓乳液法制备分级多孔结构微球，但未能实现结构中大孔、介孔和微孔比例的精确调控，因此很难构建孔尺寸分布对其电化学性能的影响；本研究探明碳电极材料亲电解质性与其电化学性能的定性关系，然而受制于接枝密度的精确控制，碳电极材料亲电解质性与其电化学性能的定量关系人让无法建立，这将是我们未来需要攻克和研究的重要方向。后续我们还将进一步研究上述不足之处，形成系统的研究开云优惠体育网页版入口，为碳材料在超级电容器中应用提供更多理论基础。