兰炭基硬炭的微结构调控及电化学储钾性能
苏方乐1
康伟伟2
黄光许1
邢宝林1
李强3
胡涵4
曾海涛1
贾建波1
张传祥5
1.河南理工大学化学化工学院,河南 焦作 4540032.河南理工大学化学化工学院,河南 焦作 454003;青岛大学物理科学学院,山东 青岛 2660713.青岛大学物理科学学院,山东 青岛 2660714.中国石油大学(华东)化学化工学院,山东 青岛 2665805.河南理工大学化学化工学院,河南 焦作 454003;河南省煤基功能碳材料工程研究中心,河南 焦作 454003
摘要：兰炭末的低碳高值化洁净利用不仅可以提高资源利用率,而且能够减少环境污染,有助于实现"双碳"目标.以兰炭末为前驱体,经炭化制备钾离子电池硬炭负极材料,研究炭化温度对兰炭基硬炭的碳相(高度无序碳、准石墨碳以及类石墨碳)、碳微晶尺寸以及碳层间距、缺陷浓度、表面性质等微结构的影响规律,并评价不同微结构兰炭基硬炭的电化学储钾性能.研究发现:随着炭化温度的升高(600～1600℃),硬炭中的高度无序碳向准石墨碳以及类石墨碳演变,碳微晶的横向与纵向尺寸均逐渐增大,硬碳中sp3 杂化碳的含量逐渐降低,向sp2 杂化碳演变,硬炭的有序度逐渐升高.此外,兰炭基硬炭的比表面积和总孔容随炭化温度的升高呈降低趋势,碳微晶层间距先增大后减小.1000℃下制备的硬炭ZN-1000的高度无序碳、准石墨碳以及类石墨碳含量分别为 31.2%、34.5%、34.3%,介孔孔容高达 0.04 cm3/g,含有C=O、C—O、—OH等官能团,并且呈现出较高的平均碳层间距(d002=0.375 nm).作为钾离子电池负极材料,ZN-1000在 20 mA/g电流密度下的可逆比容量达到 207 mAh/g,在 1000 mA/g的高电流密度下呈现出 32 mAh/g的可逆比容量.兰炭基硬炭优异的电化学储钾性能与其微结构密切相关,K+通过在兰炭基硬炭的高度无序碳、缺陷、含氧官能团、开放孔等活性位点上进行吸/脱附以及在有序碳层中的嵌入/出来进行存储.可为兰炭末的洁净化、高值利用以及钾离子电池碳负极材料的开发提供新思路.
关键词：兰炭钾离子电池硬炭微结构电化学性能
分类号：TM242(电工材料)
资助基金：河南省高校基本科研业务费专项资金资助项目(NSFRF220437)河南理工大学博士基金资助项目(B2022-48)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 4865-4876 )
英文信息