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新材料

高附加值-高性能活性碳制备及超级电容器应用
发布时间 : 2019-04-25 点击量:

负责人:陈元振

所在学院:材料学院

一、项目简介

兰炭是以低变质煤为原料在隔绝空气的情况采用低温干馏技术生产的一种固体产品。它是一种较为硬而脆的煤种,在开采及运输的过程中会产生大量的焦末,其中粒度在3mm以下的兰炭焦末约占总量的10%左右,一般作为低级燃料处理或弃置与地头、河道,不仅浪费了资源、也对环境造成了污染。我们的工作是将兰炭经过改性后加工制作成高品质活性碳材料,延长兰炭产业链,变废为宝。它在超级电容器储能,水处理、海水淡化、催化剂载体和吸附等领域有广泛应用。其中,作为超级电容器电极材料应用较广。超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间储能器件。其主要特征是大电流充放电优异,功率密度高,循环寿命超长(大于10万次),应用温度范围广(-20 - 80度),非常适合作为高功率电源设备,如用于汽车启动电源,城市公交电源,重型机械高功率电源,动车能量回收装置和军事武器如激光炮等电源设备。

目前,市场上的多孔碳材料主要是用椰壳等植物通过一次碳化和二次活化完成,工序较多,耗能大。本项目采用一步活化便可将其转变成优质的多孔碳材料。研究结果表明,兰炭基多孔材料容量大幅度提升,是未活化材料的4-6倍。5000次循环基本保持不变。最高容量在225 F/g。本团队通过对多孔碳进一步改性以后,容量进一步提升,最高容量可以达到280 F/g,显示出很强的电荷储存能力。现在市场上高性能活性碳的价格在100万元/吨以上,用兰炭制备的活性炭,生产成本可以控制在3-5万元/吨,利润巨大!

兰炭粉末制备多孔碳的优势:

1)节能。利用兰炭制备多孔碳只需要一步活化即可,相比于椰壳和生物质,通过“碳化+活化”过程,步骤少,操作简单,节约能源。

2)生产过程中使用的活化剂可以重复使用,因此投入成本少;

3)多孔碳的制备温度低,能耗低,制作成本低;

4)制作的多孔碳比表面积大。做电容器电极容量高。做吸附剂则吸附能力强;

5)现在市场上高品质活性碳的价格是100万元/吨,用兰炭制备的活性炭比表面积大,结构稳定,成本3-5万元/吨,因此,利润巨大。

二、技术指标(性能参数)

比表面积(m2 g-1

2000

堆密度(g ml-1)

>0.4

灰分(%)

<1

粒度(D50μm

~ 5, 10, 20, 50(不同规格)

水系参考比电容(F g-1

220-250

有机系参考比电容(F g-1

150

 

三、市场前景及应用

目前国内生产的活性碳主要集中在中端和低端产品,缺乏低灰、高强度、高吸附性、具有特殊用途的品种,使得活性炭的价格低廉,利润低,出口多作为生产高档活性炭的原料。而本项目采用物理化学法可制备出性能优异的高端活性碳材料。将其应用于超级电容器,将在诸多领域广泛应用,市场前景非常广阔。

四、技术成熟度WYG2-石油用

□概念验证   R原理样机  □工程样机  £中试    £产业化

五、合作方式

£联合研发  £技术入股  □转让   £授权(许可) R面议