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陈成猛研究员:新型多孔炭和硬炭材料的研究开发(报告)
2023年07月24日 发布 分类:行业要闻 点击量:571
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碳基材料由于其丰富的结构形貌,优良的力学、电学、热力学性能而备受关注,广泛应用于航空航天、核能、风电、光伏、电子、冶金、化工、机械等领域,同时也是新一代战机、运载火箭、超高声速飞行器、核反应堆等重点领域不可缺少的关键材料。在前沿炭材料领域,我国处于世界领跑的位置,碳纤维、特种石墨、纳米碳、多孔炭和储能炭材料等相关产业正加速崛起,在超级电容器钠离子电池等新型储能器件中都有应用。

多孔炭材料拥有发达的孔隙结构,大的比表面积,代表产品是活性炭。在储能领域,多孔活性炭可用作超级电容器、铅酸电池和电容型电池等电化学储能器件的电极材料或添加剂。以沥青为原料制备出来的活性炭通常具有更高的电导率,在应用于超级电容器时,有助于降低器件内阻,提高功率密度。但用作超级电容器电极的活性炭一直都没有高度国产化,近80%都是国外进口,面临着工艺路线长、产品指标严苛、构效关系复杂的技术难点。

炭材料

硬炭作为一种新型负极材料,被认为是最具商业化潜力的钠离子电池负极材料。即使在高温处理后,硬炭也不会石墨化,其内部晶体排列无序、层间距大,使得硬炭负极在同等体积下能储存更多电荷,提高了钠离子电池的能量密度和续航能力,增加其循环稳定性和充放电性能,延长使用寿命。在制备方面,硬炭材料前驱体的选择是技术关键,目前仍面对着难以找到廉价、适合大规模量产前驱体的瓶颈。

GHC-A300硬炭材料微观形貌

GHC-A300硬炭材料微观形貌(图源:国科碳美)

陈成猛研究员带领的团队提出了一种制备硬炭材料的新方法,利用简易的低温氢气还原来调节酯化淀粉中的氧含量,适当氧的脱除,在保证交联结构稳定性的同时,可在较低的炭化温度促进开放孔隙的闭合和碳层的定向排列。硬炭微球成功制备之后,表征结果展示最优的样品展现出超低的比表面积以及最高比例的赝石墨化结构。该硬炭用作钠离子电池的负极材料时,表现出高首效和高可逆比容量,在实际应用中显示出巨大的潜力。放眼望去,诸多新型碳材料的发展前景如何?超级电容器与硬炭负极材料该如何突破瓶颈?在储能领域,新型碳材料又有着什么样的表现?详细内容尽在7月24-26日将于成都举办的“2023全国新能源粉体材料暨钠离子电池产业创新发展论坛”,陈成猛研究员将带来报告《新型多孔炭和硬炭材料的开发》,报告重点介绍了超级电容器发展现状、超级电容器行业面临问题、超级电容碳国产化的难点,以及钠离子电池对负极材料的迫切需求、并对相关技术发展进行了展望。内容包括:

1)先进碳材料产业链概况;

2)超级电容活性炭的开发;

3)硬炭负极材料的研发;

4)储能碳材料技术总目标。

报告人简介

陈成猛

陈成猛,博士,研究员,709课题组长,中科院碳材料重点实验室副主任,中科院石墨烯工程实验室副主任,山西省石墨烯技术工程研究中心副主任。2006年本科毕业于中国矿业大学,2012年于中科院煤化所获博士学位,2010-2011年在德国马普学会Fritz Haber研究所学习。主要从事储能碳材料与器件研究工作,主持项目20余项,发表论文120余篇,出版英文专著1部,主持制定国际和国家标准7项。荣获山西省自然科学一等奖、中国产学研合作创新成果一等奖、中国化工学会技术发明奖二等奖、侯德榜化工科技青年奖、中国颗粒学会青年颗粒学奖,中科院北京分院“启明星”优秀人才、第四批山西省新兴产业领军人才、三晋英才“拔尖骨干人才”等荣誉。2017年入选《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”,2019年获国家自然科学优秀青年基金资助。

 

成都新能源论坛会务组

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