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学术动态
梁红玉副研究员团队在ACS Energy Letters期刊上发表研究成果
发布日期:2022-11-24   浏览次数:

自党中央提出双碳目标,各行业拟实现该目标的出路,总结起来有两条:(1)减排CO2;(2)吸收/转化CO2。对于新能源行业,将CO2转化为碳电极材料是一个潜在机遇;因为碳材料已被广泛地用作各种储能器件的电极材料,如锂电池、超级电容等。CO2可以转化为各种高附加值产品,但前提要求其转化工艺绿色、零排放、低成本,否则与碳中和目标背道而驰。因此,将CO2转化为碳电极材料也必须满足这一前提。然而,目前最常用的活性碳材料,需要碳化-活化-纯化工艺来制备,不仅不消耗CO2,还排放大量CO2和废液。基于CO2合成碳材料的进展表明:无论使用LiAlH4还原,还是Mg粉与CO2直接反应,生成的碳材料比表面积都较低,不利于提高超级电容器容量。然而,传统非循环MgO模板法合成的模板碳:高比表面积、高电导率,非常适用于超级电容器,但以毒性较高的苯为碳源,使用HCl去除模板、模板不能回收,导致模板碳合成的原料和环境成本居高不下,阻碍其规模化应用。

近日,威斯尼斯人60555|官方App下载/先进制造与现代装备技术工程研究院在国际知名期刊ACS Energy Letters SCI一区,影响因子23.991上发表题为Removing Cost Barriers to Template Carbon Synthesis for High-Performance Supercapacitors by Establishing a Zero Emission Chemical Cycle from CO2ACS Energy Lett. 2022, 7, 4381-4388)的文章。该文章基于CO2构建一个零排放的化学循环,实现了MgO模板的循环使用(包括其溶解与再生)及高比表面积模板碳的绿色合成,有效地解决了模板碳(TC)合成的成本及排放问题,即:仅输入CO2H2OMg即可输出形貌、孔结构、电导率高度一致的高性能电容碳(其他为可再利用的母液),在CO2减排和清洁能源应用间,建立了新的纽带。以对称模板碳电极组装的电容器在水系(KOH/H2O, >154 F g-1)或有机(Et4NBF4/AN>140 F g-1)和离子液体(EMIMBF4>178 F g-1)电解液中都表现出优异的电容和倍率性能;器件最大能量密度达17 Wh kg1,明显高于传统超级电容器(< 10 Wh kg-1)。无论在水系还是有机/离子液体中,也都表现出良好的循环稳定性,20000次充放电后,电容保持率高于90.5%

 

 

 

 

1. CO2转化路径。

 

 

2. 去除MgO模板前后,TC-1stTC-5thTC-10th形貌和结构演化。

 

 

 

3循环模板法和非循环模板法的优缺点比较。

 

4. TC-10thKOH/H2OEt4NBF4/ANEMIMBF4电解液中的电容性能。

该论文署名威斯尼斯人60555|官方App下载/先进制造与现代装备技术工程研究院为第一单位,梁红玉副研究员为作者,能源研究院卜永锋为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目52075224, 21975109的资助。外,该团队还在Nature Index期刊Chemical Communications 2022, 58(68), 9536-9539上发表了电解液添加剂相关工作,具体见以下链接。


原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c02203

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cc/d2cc03732g

 
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