超级电容器用玉米芯基活性炭材料的制备和性能研究研究论文电子版下载

超级电容器用玉米芯基活性炭材料的制备和性能研究研究超级电容器用玉米芯基活性炭材料的制备和性能研究研究 论文电子版下载论文电子版下载 xx中国汽车工程学会年会优秀论文 选登 超级电容器用玉米芯 基活性炭材料的制备和性能研究韩金磊陈书礼荣常如陈雷张克金 中 国第一汽车股份有限公司技术中心 摘要 以农业废弃物玉米芯为 原料制备了可满足超级电容器电极使用的玉米芯基活性炭 对该材 料的物理性能和电化学性能进行了分析 利用正交试验设计对玉米 芯基活性炭的活化 丁艺进行了研究 筛选出了最优活化条件 试验结果表明 该材料不仅具有较高的比表面积和合理的孔径分布 更具有较高的比电容 其应用于超级电容器可大大降低成本 主题词超级电容器活性炭玉米芯制备U463 6A1 73 215 9 16 03Pr epar at i on and Pr ope r t i es0f C0r nc0b bas e d Act i vat e dCar bon f l0r Supe r capaci t0r sHa nJ i n l e i C en Sh u l i Ro C h a n g r u Ch nL ei Z h a gKe ji n Ch i aF AWC po r a i o nL i mi t e dR D Cn t e r A rc t C r n c o b b s e da c t iv b o wi c h bu da s ma t e r i a l o f s u r e a c i t o r i s pa r e d p hy s i c a lpe fo r ma nce a n d le t r o che mi ca l pr o pe r t yo f t hi s mt i l r e a na l y z e d a ndc va t i o np r o ce s f co r n co b ba s e dc iv a t e d ca r bo n i s t ui e d wi t h r t h og o na le xpe ri me n t a l de s i gn a nd t h e op t iml cv a t i o nc d i t i o n i s scr ene do u t T s t re u l t s sh ow a t his mae ri a l n t o nl y h a s i g hp ci f icsu r fa c re a d rt n alp izedis ri b ut i o n but l s o has i gh spe cif ia pa ci t an ce s upe r ca pa cit or mad ewit h is mt e r ial ca n red uce cos tgr ea tl y Key wor dsSuper capacit0r Ac ivat ed carbon Corn cob Pr eparat i on1前言因超级电容器具有比功率高 循环寿命长等特点 所以可有 效弥补动力电池比功率方面的不足及大幅延长电池的使用寿命叫 但由于超级电容器成本较高 限制了其在汽车领域的推广应用 超级电容器中活性炭的成本约占超级电容器单体成本的30 左右 因此降低活性炭成本是降低超级电容器成本的主要途径 活性炭广泛 如植物秸秆 果壳等废弃资源都可作为其原料 利用 产量巨大的这些废弃生物质资源制备高品质活性炭是一种降低材料 成本的有效途径 玉米是我国北方广泛种植的经济农作物 根据中国国家统计局发布 的数据 xx年中国玉米产量为2 1567亿吨 作为副产物的玉米芯产 量巨大 价格低廉 利用其降低活性炭成本是可行的 为此 本文以玉米芯为原料制备了可用于超级电容器电极使用的玉 米芯基活性炭 并借助正交试验设计筛选出最佳的活化条件 进行 了超级电容器用玉米芯基活性炭材料的制备工艺和性能研究 2李原 彭培林 邵毅 等 基于CAT I A的标准件库设计与实现 计算机辅助设计与图形学学报 205 17 8 1873 1877 3胡国强 贾辉 基于C ATI AV5的三维标准件库的创建与使用 轻型汽车技术 20 10 4 37 4梁岱春 张为民 隋立江 浅析基于C AA的C ATI A二次开发 航空制造技术 02 10 65 68 5龙峰 樊留群 C ATI AV5二次开发技术探讨 淮阴工学院一 6一学报 205 0521 23 27 6史丰荣 韩华伟 史丰智 基于C ATI A的标准件库的设计及应用 机械工程与自动化 201 64 1 81 182 7胡挺 吴立军 C ATIA二次开发技术基础 北京电子工业出版社 206 帘青 修改稿 收到日期为xx年8月1E t 汽车技术 xx中国汽车工程学会年会优秀论文 选登 2试验方法2 1玉米芯基活性炭制备方法将采集的玉米芯粉碎并过80目筛 在气 氛炉中对玉米芯进行干馏 将炭前躯体粉碎后 与氢氧化钾 KOH 按一定的碱炭比混合后置于镍 坩埚或镍釜中活化 借助正交试验设计进行活化工艺研究 按三因素三水平L9 3 正交表安排 设计正交试验表 表1 试验结果用材料比电容 在 充放电电流密度为0 1A g下计算 评定 表1正交试验因素水平水平碱炭b LA活化时间B活化温度C1A 11 日 60mi n C 600 2A 21 曰2 90mi n 700 3 31 B3 120mi n G 750 将活化产物粉碎后 用90q C蒸馏水洗涤至P H 7 8 然后用4 稀盐酸浸泡12h以上 继续洗涤至PH中性 在120 下干燥后得到初级产物 将得到的初级产物置于800 气氛炉中进行热处理 最终得到玉米芯 基活性炭材料 2 2玉米芯基活性炭材料表征方法采用x射线衍射仪 Ri ga ku D ma x250P C 利用铜作为靶源对制得的玉米芯基活性炭样品进行x射线衍射分 析 测试参数为CuKa作辐射源 波长A 1 5406 扫描速度为2o mi n 管电压为30k V 管电流为20mA 扫描范围为10 一8O 采用扫描电子显微镜 P h il i ps xL30W MP 观察玉米芯基活性炭结构 利用自动物理吸附仪 Mi c o me t ri cAs AP2460 进行氮气吸脱附试验 分别通过B ET方法 B JH方法计算玉米芯基活性炭的比表面积 孔径分布 按计量配比为85105称取一定质量的玉米芯基活性炭 导电剂和粘结 剂 然后混合均匀辊压成电极膜并真空干燥 再将电极膜裁成所需 尺寸压在金属网集流体上 制成超级电容器极片 将所制备的超级电容器极片裁切 按照正极 隔膜 负极的顺序放 入扣式电容器壳中 注人电解液 1mo l L MeEt NBF JPC 封装制成纽扣式超级电容器 用于充放电测试 根据充放电测试结果进行材料比电容的计算 比电容计算式为C i At mAV 1 式中 c为比电容 i为充放电电流 At为充电或放电时间 m为 活性炭的质量 AV为放电的电压差 0 8 0 5V xx年第9期3试验结果与讨论3 1玉米芯基活性炭炭化工艺经热重分 析结果 图1 表明 玉米芯经过高温炭化后的质量约为原质量的20 在250 350 的温度区域内失重速率最快 纤维素 木质素快速 分解 为达到较好的炭化效果 炭化温度应选择400 以上 该试验选择的炭化条件炭化温度为500 炭化时间为2h 对碳化物进行的EDX测试结果 图2 表明 炭化产物中还含有S i K Mg等极少量的杂质元素 爱捣1o09O丑8070忸60咖50403Oxx温度 0c图1玉米芯的热重试验曲 线图2玉米芯碳化物EDX曲线3 2玉米芯基活性炭活化工艺活化温度 活化剂用量和反应时间是活化工艺中的重要因素 玉米芯基活性炭的活化条件通过正交试验进行筛选 正交试验结果 见表2 由表2可知 最佳组合为A c3 即碱炭比为31 活化温度为750 反应时间为90mi n 3因素对比电容影响作用的大小为温度 碱炭比 反应时间 根据试验结果进行最优工艺验证试验 充放电结果如图3所示 由图3可看出 在电流密度为0 1A g的条件下 材料的比电容达到 了150 72F g 在1A g条件下 材料的比电容依然能达到138 0F g 验证结果表明 正交试验结果可信 A组合是玉米芯基活性炭的最优 活化条件 3 3炭化和活化处理后玉米芯基活性炭材料表征通过分析玉米芯基 活性炭的形貌 图4 和氮气吸脱附试验结果 图5 可知 对玉米芯进 行炭化和活化处理后得到的玉米芯基活性炭为多孔结构 并具有较 大的比表面积和丰富的孑L道 吸脱附曲线表明 活性炭在低一 7一 xx中国汽车工程学会年会优 秀论文 选登 压区吸附量显著增大 在相对压力为0 2以上时有较小的滞后环出 现 说明活性炭为微孔和介孔结构 且孔径结构分布较宽 经测试得到玉米芯基活性炭的B ET比表面积为1683 42mZ g 平均孔径为2 18n m 玉米芯基活性炭的孔结构以微孔和中孔为主 表2玉米芯基活性炭正交试验结果反应时间B活化温度C比电容试验编 号碱炭比A mi n F g一1A1曰l C11160600 压降过大 2A216070050 383A G316075O91 724A l1907075 385A2G219075O117 186A Cl319060067 227A 曰 G1112075058 128A C2112O60037 259A33112070093 74值A C144 5047 36734 823268 27086 59373 167如84 2763 037 89 07极差尺39 72739 22654 184分析较优水平A3G主次因素C B 2 52 O言1 00 50O l0oO2000300040005000时间 s图3最优试验条件下不同电流密度时 充放电曲线图4玉米芯基活性炭S EM照片图6为制备的玉米芯基活性炭XRD测试结果 由图6可看出 谱 图中存在以43o为中心较宽的石墨结构的 10 晶面衍射峰 表明所制备的活性炭为无定型结构 图7为制备的玉米芯基活性炭E DS测试结果 由图7可看出 主要杂质元素为O N和K N和O主要是 活一18一性炭的基团成分 碳化物中的S i K Mg等杂质元素经后处理得到了有效去除 但还有少量K存在 需要进一步处理 暑 I1图5玉米芯基活性炭氮气吸脱附曲线2 图6玉米芯基活性炭xR D测试结果X射线能量 Ke V图7玉米芯基活性炭E DS测试结果3 4玉米芯基活性炭的容量和循环寿命图8为在充 放电 电流密度为1A g下 纽扣式电容器经历100次充 放电循环后 循 环容量对比初始容量变化的测试结果 对比初次比电容可知 在经历了100次恒流充 放电循环后 比电容 衰减l0 导致容量衰减的原因很复杂 基因 杂质 碳骨架稳定性等因素都 可能是原因 如基团和杂质会导致副反应的发生 产生较大漏电流 而循环过程出现碳晶区塌缩也会导致材料的容量衰减 结合E Ds测试结果可知 材料中基团和杂质是影响材料循环寿命的直接因 素 篓尽囊图8循环寿命试验结果汽车技术 xx中国汽车工程学会年会优 秀论文 选登 基于汽车座椅鞭打试验的仿真模型改进王晋赵秀强 王志涛梁宇乔鑫 华晨汽车工程研究院 摘要 某项目初始状态下 的汽车座椅鞭打仿真结果与试验结果相比存在较大误差 主要体现 在N IC 颈部伤害指数 和上颈部扭矩这2项指标上 通过对假人颈部伤害机理和鞭打试验数据的分析 发现假人的坐姿 座椅的试验状态 座垫高度调节装置 和座椅发泡蒙皮的光滑程度 对鞭打仿真试验结果影响较大 针对上述因素对座椅鞭打仿真模型进行了调整 模型调整后的仿真 计算结果与试验结果一致性较好 主题词汽车座椅鞭打试验NI C上颈部扭矩仿真模型U467 14A10 73 2l5 9 019 04I mprove ment o f Si mul at i onMode lBas ed ont heVe hi cl eSe atWhi pl as hTe s t Wa n g J i n Z ha o Xi uq i a n g W Zh it ao L i ang Yu Qi aoXi n Br il iac e Auo motiv Egri ng Rs e a rchI ns tit ut e Ab r act T h rei co ns i d e r ab ledifrnc bt we t h e i nitial st a t u s o f se at w hi p l a h simu l ati o n re su l tan dt h e t e st ru h w ch mai nlyfct wi ex NC Ne ck I n j u yC ri i adu prn e ck t orq u I tisb e f oud by n aly sis o n du mmy ck nj ur ym chismndwh ip l a hte s da hi ingp urof dummy he tes stat u s of t se atc us on eighajus ng vi c e n mt h d grof se atu p ho lstyhv greatinf lu nceO iwh ip hsimu lati on r s T ewhipla hsimu lati onmo de liad justeaording tthbov fcor s andthesimulati on results of thead justed modla gwe wihre ults Ke ywordsV hi cl eseat Whi pla htest NI C Upper neck t orque Si mulati on mode l1前言据统计 汽车追尾事故占交通事故的30 左右 追尾事故所 造成的人员伤亡占总损伤的60 汽车发生追尾时 前车会受到向前的加速度 座椅推动乘员的躯干 向前运动 而头部因惯性作用相对滞后 乘员头部4结束语利用玉米 芯作为原料 制备了可用于超级电容器电极材料的玉米芯基活性炭 该材料不仅具有较高的比表面积和合理的孑L径分布 更具有较高 的比电容 本文对该材料的物理性能和电化学性能进行了表征 并借助正交试 验设计对玉米芯基活性炭的活化工艺进行研究 得到了最优活化条 件 参考文献1Bu rk e A El ect ric Vehicle Capa cit or TestPr o ce duresMa nu a1 I dahN tiona lEng ine r ingLa bo at or y U S De partment of En e r g y DOE I D一10491 Oc t obe r199420 292Bur keA Mi lerM Co mparis