项目名称: 基于介孔/微孔分层次组合的纳米阵列多孔碳材料微结构设计与调控及超级电容特性研究

项目编号: No.51272221

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 王先友

作者单位: 湘潭大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 碳化物骨架碳材料(CDC)是近年来发展起来的、具有三维有序结构、孔径精确可控的纳米级多孔碳材料。针对CDC存在孔形状不规则、离子传输速度慢和储能特性有待提高等问题,提出用SBA-15模板和纳米注入技术制备纳米阵列碳化铬前驱体,原位氯化反应制备具有纳米阵列有序排列、介孔/微孔分层次组合、高电流密度下有高比电容、优良功率特性、频响特性和容量保持率的局域石墨化新型CDC。用Factage5.3建立氯化反应热力学模型,并探讨氯化反应动力学规律,在纳米尺度上设计和调控介孔/微孔结构,明晰电解质离子半径、CDC孔结构与离子传输速率的定量关系,探索孔径、离子传输速率与比电容的耦合规律。通过对介孔/微孔结构与超级电容器储能特性的定量研究,确定有序纳米阵列多孔碳微结构的形成、演化规律及控制方法,揭示具有离子快速传输能力的新型CDC的电化学储能机理,为高比能超级电容器和多孔碳材料的发展提供实验依据和理论指导。

中文关键词: 超级电容器;碳材料;碳化物骨架炭;;

英文摘要: The carbide-derived carbon (CDC) is a new class of nanostructured porous carbon materials with 3D ordered structure and precisely tuning pore size. Due to the irregular curved pore connection, slow electrolyte ion transport rate and low energy density of CDC, this project will prepare the new nano-array hierarchically ordered CDC with combination of mesopore/micropore, ultrahigh specific capacitance, excellent frequency response, and capacity retention at high current densities. The new CDC are obtained by first preparing ordered mesoporous chromium carbide precursor by SBA-15 and nanocasting,followed by selective extraction of chromium through chlorination reaction. Thermodynamic modelling is built to estimate the effect of various process parameters on CDC formation and the selection of the optimum synthesis conditions by Factage 5.3 (GTT technologies, Germany). The kinetic rule of chlorination reaction was studied to precisely design and control mesopore/micropore structure. At the same time, the relationship of electrolyte ion size, porous structure in CDC and ion transport rate will be discussed, and correlation of pore size, ion transport rate and specific capactiance will studied systemically. Based on the quantitative research on mespore/micropore structure and storage characteristics of supercapacitor,

英文关键词: supercapacitors;carbon materials;Carbide-Derived Carbon;;

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