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探讨丙酮交换制备高性能炭气凝胶及其应用

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:炭气凝胶虽然性能优良,但漫长的制备时间、昂贵而复杂的超临界干燥设备制约了它的商品化进程。Hwang S.W.等人初步探讨了用丙酮交换/控制蒸发来代替传统的超临界干燥过程,制得了在6.0 mol/L H2SO4溶液中比电容达220 F/g的炭气凝胶。将炭气凝胶用于有机电解质体系的电容器时,由于在活化过程中产生大量亲水性官能团阻碍了电解液的浸润与传输,比电容得不到提高。

探讨丙酮交换制备高性能炭气凝胶及其应用

炭气凝胶(Carbon Aerogels)是一种新型轻质纳米级多孔性非晶炭素材料,拥有非常丰富的孔隙率,其孔隙率高达80%~98%,典型孔隙尺寸<50 nm,网络胶体颗粒尺寸3.0~20 nm,比表面积达600~1000 m2/g,密度为0.05~0.80 g/cm3导电性比活性炭要高1~2个数量级,被认为是目前己知最轻的材料,是一种有应用前景的电极材料。另外,还具有光导性和机械性能等许多优异性能,在其他领域也具有广阔的应用前景。炭气凝胶一般采用间苯二酚和甲醛为原料,二者在碳酸钠催化下发生缩聚反应形成间苯二酚-甲醛(RF)凝胶,用超临界干燥法把孔隙内的溶剂脱除形成RF气凝胶,RF气凝胶在惰性气氛下炭化得到保持其网络结构的炭气凝胶。

炭气凝胶虽然性能优良,但漫长的制备时间、昂贵而复杂的超临界干燥设备制约了它的商品化进程。许多研究者试图采用其他廉价原料和干燥方法代替超临界干燥,以降低成本、缩短生产周期。Hwang S.W.等人初步探讨了用丙酮交换/控制蒸发来代替传统的超临界干燥过程,制得了在6.0 mol/L H2SO4溶液中比电容达220 F/g的炭气凝胶。将炭气凝胶用于有机电解质体系的电容器时,由于在活化过程中产生大量亲水性官能团阻碍了电解液的浸润与传输,比电容得不到提高。为此,Wei Y.Z.等人将制得的炭气凝胶在CO2气氛下用油酸钠进行改性,增加表面的非极性有机官能团,提高有机电解液在其中的浸润性,使炭气凝胶在有机电解液中的比电容、比能量和比功率提高。目前,Powerstor公司以炭气凝胶为电极材料,使用有机电解质制得的双电层电容器的电压为3.0 V,容量为7.5 F,比能量和比功率分别为0.4 Wh/kg和250 W/kg,实现了炭气凝胶EDLC的商品化,但还是受到炭气凝胶制备工艺复杂、制备时间长、成本高等因素的限制。(www.xing528.com)

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