玉米秸稈基生物質(zhì)碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究

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1、分類(lèi)號(hào)：TQ152單位代碼：10183研究生學(xué)號(hào)：2015434019密級(jí)：公開(kāi)吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文（專(zhuān)業(yè)學(xué)位）玉米秸稈基生物質(zhì)碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究PreparationandElectrochemicalPropertiesofBiomassCarbonMaterialDerivedfromCornStalks作者姓名：李純類(lèi)別：工程碩士領(lǐng)域（方向）：材料工程指導(dǎo)教師：李義教授郝博高級(jí)工程師培養(yǎng)單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院2018年5月—————————————————————玉米秸稈基生物質(zhì)碳的制備及

2、其電化學(xué)性能研究—————————————————————PreparationandElectrochemicalPropertiesofBiomassCarbonMaterialDerivedfromCornStalks作者姓名：李純領(lǐng)域（方向)：材料工程指導(dǎo)教師：李義教授郝博高級(jí)工程師類(lèi)別：工程碩士答辯日期：2018年5月26日未經(jīng)本論文作者的書(shū)面授權(quán)，依法收存和保管本論文書(shū)面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作

3、權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明：本人鄭重聲明所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)學(xué)位論文作者簽名：曰期：＞年／月曰／？個(gè)摘要玉米秸稈基生物質(zhì)碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究摘要由于具

4、有工作電壓高、能量密度高、自放電率低和綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池成為目前為止最具潛力的儲(chǔ)能電源。鋰離子電池成功的一個(gè)關(guān)鍵因素是負(fù)極材料能夠可逆地脫/嵌鋰離子。目前，實(shí)際應(yīng)用的鋰離子電池負(fù)極材料多為石墨類(lèi)材料，但其所能提供的電池容量已逐漸不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的能量需求。而且隨著石墨資源的減少，未來(lái)鋰電池研究的重點(diǎn)將朝著高庫(kù)倫效率、高循環(huán)性能和低成本的方向發(fā)展。玉米秸稈是價(jià)格低廉且來(lái)源廣泛的農(nóng)業(yè)廢棄物，但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用率較低。以玉米秸稈作為原材料制備鋰離子電池負(fù)極材料，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物的合理利用，而且可以有

5、效緩解環(huán)境污染和能源危機(jī)等問(wèn)題。本文利用農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈為原材料，采用不同的活化劑及工藝制備多孔生物質(zhì)碳材料，并對(duì)生物質(zhì)碳材料進(jìn)行物理表征及電化學(xué)性能測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下：（1）將玉米秸稈的皮層和芯分離后，選取玉米秸稈芯為原料。以KOH為活化劑，采用先熱解碳化后活化的方法制備多孔生物質(zhì)活性碳。BET比表面積測(cè)試值為1266.83m2g?1，孔徑分布主要在2-20nm。將其應(yīng)用于鋰離子電池的負(fù)極材料，在電流密度為0.2C時(shí)循環(huán)100個(gè)周期后生物質(zhì)活性碳電極的放電比容量為504mAhg?1。當(dāng)電流密度為5

6、C時(shí)，放電比容量為275mAhg?1。與未活化的生物質(zhì)碳材料相比，多孔生物質(zhì)活性碳中豐富的介孔結(jié)構(gòu)使電池的電化學(xué)性能得到顯著提高。（2）采用CaCl2溶液浸漬玉米秸稈后進(jìn)行碳化和活化從而制得玉米秸稈多孔生物質(zhì)碳材料。主要探究了活化溫度和氯化鈣用量對(duì)玉米秸稈生物質(zhì)碳材料孔隙結(jié)構(gòu)和性能的影響。當(dāng)活化溫度為600℃，玉米秸稈與CaCl2質(zhì)量比為1:2.5時(shí)，生物質(zhì)碳材料的孔隙結(jié)構(gòu)更豐富，而且循環(huán)性能和倍率性能更優(yōu)異。在0.2C倍率下循環(huán)100圈后的放電比容量為783.8mAhg?1。即使在10C的高電流密度下，也可以

7、獲得高達(dá)347mAhg?1的比容量。這主要是由于更大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)增大了反應(yīng)物與電解液的接觸面積和滲透率，為鋰離子的嵌入/脫出提供了更大的自由運(yùn)動(dòng)空間。I吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文（3）以玉米秸稈為原料，分別水解半纖維素、提取木質(zhì)素以及水解纖維素，可以得到木糖、堿木質(zhì)素和葡萄糖等工業(yè)原料，這些產(chǎn)物經(jīng)處理后可進(jìn)行高附加值應(yīng)用。剩余的殘?jiān)脕?lái)制備多孔生物質(zhì)碳，最終可以實(shí)現(xiàn)玉米秸稈的綜合利用。經(jīng)掃描和透射分析可知，制備的殘?jiān)季邆渲锌仗嘉⑶蚝徒榭灼瑺钐嫉墓泊娼Y(jié)構(gòu)。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試表明，在電流密度為0.2C時(shí)，材料

8、的初始放電比容量為1116.8mAhg?1，循環(huán)100個(gè)周期后，可逆比容量可達(dá)438.9mAhg?1。關(guān)鍵詞：鋰離子電池，負(fù)極材料，玉米秸稈，生物質(zhì)碳，多孔結(jié)構(gòu)IIAbstractPreparationandElectrochemicalPropertiesofBiomassCarbonMaterialDerivedfromCornStalksAbstractUntilnow,lith