重点研发计划《电容储能应用煤沥青多孔碳制备研究》学术汇报

热处理、化学活化、提高表面积、孔结构和化学稳定性广东省重点研发计划电容储能应用煤沥青多孔碳制备研究美国科学院炭材料重点实验室I普林斯顿大学I普林斯顿科技大学I材料科学研究所材料科学实验室I普林斯顿国科炭美有限公司I材料科学与工程学院I材料科学研究中心汇报人：项目背景与研究内容01课题分解与研究内容02任务分解与进度安排03研发模队与工作基础04预期成果与风险分析05CONTENTS立项依据与研究现状1.1我国能源结构特点是“富煤、贫油、少气”，以燃烧为主带来了能源和环境问题国家战略需求实现煤焦油资源高效利用是急需解决的行业难题高导电性高导热性高化学稳定性低密度、来源广泛、价格低廉煤沥青基多孔炭材料研究得到政策支持为项目的实施提供了良好的外部环境立项依据与研究现状1.2煤沥青基多孔碳材料的制备主要采用活化法、模板法和共热解等技术1740191019541989202X煤沥青基多孔碳材料储能、催化、气体吸附煤沥青基多孔碳材料具有高比表面积和良好的孔隙结构，可以满足不同应用的需求关键技术1制备技术经过KOH活化的多孔碳材料比电容可达到208.6F/g在10000次循环后保持良好的比容关键技术2制备技术利用纳米碳酸钙材料，通过热解活化过程形成多孔结构研究重点高附加值利用市场前景广阔低成本、高碳含量项目背景与研究内容01课题分解与研究内容02任务分解与进度安排03研发模队与工作基础04预期成果与风险分析05CONTENTS课题分解与研究内容2.1全面探索煤沥青基多孔碳材料在电容储能领域的应用潜力，推动其产业化进程原料特性分析性能测试材料结构材料改性研究储能机理研究研究煤沥青基多孔碳材料在电化学储能过程中的电荷存储机理通过理论计算和模拟，揭示材料结构与电化学性能之间的关系，减少环境污染电化学性能变化课题分解与研究内容2.2涵盖了从原料的选择与预处理、多孔碳材料的制备与结构调控等多个方面课题一多孔碳材料的制备技术活化法（如KOH活化）、模板法和熔盐法不同的制备方法，对多孔碳材料结构和性能的影响课题二电化学性能测试与优化循环伏安测试、充放电测试和交流阻抗测试研究掺杂多孔碳电极材料在不同条件下的电化学性能课题三原料特性与预处理化学组成、物理性质和热解特性通过预处理控制喹啉不溶物和灼烧产物灰分的含量项目背景与研究内容01课题分解与研究内容02任务分解与进度安排03研发模队与工作基础04预期成果与风险分析05CONTENTS多孔碳材料的制备技术3.1通过热能破坏材料中的化学键，在高温下分解有机材料为前驱体制备多孔碳材料高比表面积、大孔体积大孔和介孔双重多孔结构物理活化法和化学活化法物理活化法使用烟道气、水蒸气、空气等混合气体作为活化剂在高温下与材料接触进行活化在惰性气体中加热，同时进行碳化和活化的方法煤兰炭末气化渣脱灰分质活化脱灰超级电容器活性炭组装应用碳源高碳组分提高材料的使用性能电化学性能测试与优化3.2实时监测电化学反应过程中材料的结构变化，对于电化学性能变化机理至关重要循环伏安法（CV）测量电极电位随时间变化电流响应电化学阻抗谱（EIS）提供电极界面的电荷传递过程腐蚀速率、电化学沉积电化学稳定性和传输特性整个过程无害化处理资源化利用恒电位法和恒电流法氢氧化钾活化制备的多孔碳材料在电流密度为0.5Ag-1时，比电容达到168Fg-1提高比表面积和孔隙度，增加阳离子的扩散速率在功率密度为202XWkg-1时，能量密度为23.3Whkg-1原料特性与预处理3.3存在专利技术，提供原料预处理装置，旨在解决工业加工不便和原料损失的问题将原料放入含水的密闭体系中，通过加热加压使生物质碳化，提高碳水化合物以及纤维素的脱水、分解预处理可以有效地调节多孔碳材料的孔隙结构。例如，水热体系中添加盐和活化温度可以影响炭材料孔隙率高比表面积、大孔体积项目背景与研究内容01课题分解与研究内容02任务分解与进度安排03研发模队与工作基础04预期成果与风险分析05CONTENTS项目负责人4.1广东普林斯顿科技大学材料工程学院院长国家优秀青年基金获得者项目总负责人普林斯顿答辩国家高层次人才计划青年项目入选者，科技部重点研发计划和青年973项目首席科学家入选全球前2%顶尖科学家，获批广东省“泰山学者”青年专家、自然科学基金优秀青年材料科学、工程学两个学科进入全球排名前1‰，实现历史性突破普林斯顿答辩教授博士生导师SCI论文引用次数707

次，他引

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次IF>10，4篇IF>5，7

篇荣誉奖项第二完成人国家科技进步二等奖，第一完成人科技进步一等奖课题负责人4.2在电化学储能和多孔碳材料领域有着丰富研究成果和经验，为推动相关技术发展博士，副教授，硕士生导师普林斯顿大学材料与能源学院材料系主任宋XX课题一负责人博士，副教授，硕士生导师普林斯顿大学材料系副主任李XX课题二负责人博士，教授，博士生导师中国化学会高级会员何XX课题二负责人华中科技大学教授、博导国家杰出青年基金获得者刘XX课题三负责人华中科技大学教授、博导国家优秀青年基金获得者罗XX课题三负责人项目背景与研究内容01课题分解与研究内容02任务分解与进度安排03研发模队与工作基础04预期成果与风险分析05CONTENTS研究预期成果5.1针对材料器件、储能安全、电池管理、系统集成等四个层级开展研究Increasingaromaticringsize预计到202X年电化学储能规模将以57.4%的复合增长率增长功率型和混合型电池的单体比容量达到≥202W·h/kg循环次数达到≥1000次，材料利用率达到≥98%PMDINDIPTCDI研究风险测评5.2符合国家安全发展战略，具备坚实工作基础，项目实施条件已落实风险因素风险描述风险等级预防措施责任人制备过程中的环境污染煤沥青基多孔碳材料制备过程中可能产生环境污染高采用环保材料和工艺，减少废物排放环保部门材料性能不稳定具有正相关关系，制备条件对性能有显著影响高精确控制制备条件，如温度、时间、掺杂比例等研发模队热安全风险动力电池的热失控、热扩散等热安全风险高进行热安全评估，包括电池热容、热导率、热稳定性等指标安全管理部门电安全风险电池安全问题，如过充、过放、短路等高电池管理系统（BMS）监控，定期检查运行维护模队材料导电性不足多孔碳材料中含有氢、氧等杂原子，降低了导电性中提高碳化温度以去除杂质原子，提高导电性材料合成部门首次充放电不可逆容量由于副反应和材料表面水分吸附，首次充放电表现出一定的不可逆容量中优化材料表面处理，减少水分吸附电化学研究模队锂离子电池性能不足与石墨相比，多孔碳材料所制备的锂离子电池容量较低中研究和开发新的材料结构以提高锂离子电池性能电池研发部门行业