《储能材料与器件分析测试技术》课件-比表面积测试原理认知

比表面积测试原理认知01比表面积定义02孔的定义与分类03吸附理论01比表面积定义一、比表面积定义单位质量物质的总表面积（m2/g），是超细粉体材料特别是纳米材料最重要的物性之一。比表面积化工行业催化剂比表面积和孔径是衡量催化剂性能好坏的重要指标建筑行业水泥水泥的粘结性能（水化速率、早期强度等）与比表面积密切相关电池行业储能型电池储能材料的比表面积影响电池的性能橡胶行业白炭黑比表面积衡量炭黑补强剂性能的好坏比表面积测定在行业中的应用一、比表面积定义（一）比表面积对电池性能的影响比表面积的大小直接影响到材料的电化学反应活性和离子传输速率。较大的比表面积可以提供更多的反应活性位点，增加正极材料与电解液中锂离子的接触面积，从而提高电化学反应速率，电池的放电容量、循环稳定性和倍率性能较好。一、比表面积定义（一）比表面积对电池性能的影响比表面积过大导致电解液的过度消耗，反应生成的电解质膜堵塞微孔，使电池内阻增加，降低库仑效率，影响电池的寿命和循环性能。相反越小，电化学反应活性少，导致电池容量降低，循环寿命变差等问题。一、比表面积定义（二）孔径及孔径分布对电池性能的影响IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII对于正负极材料，微孔和介孔越多，离子的迁移速率就会越快，相应的电化学性能就会越好。02孔的定义与分类二、孔的定义与分类孔的定义----ISO15901固体表面由于多种原因总是凹凸不平的，凹坑深度大于凹坑直径就成为孔。不同的孔（微孔、介孔和大孔）可视作固体内的孔、通道或空腔，或者是形成床层、压制体以及团聚体的固体颗粒间的空间（如裂缝或空隙）。分子能从外部进入的孔叫做开孔（openpore），分子不能从外部进入的孔叫做闭孔（closedpore）。二、孔的定义与分类按孔形的分类按孔的大小分类微孔（micropore）<2nm 中孔（mesopore）2~50nm 大孔（macropore）＞50nm03吸附理论三、吸附理论吸附现象吸附作用指的是一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面上的过程-----物质在界面上变浓的过程。界面上的分子与相里面的分子所受的作用力不同而引起的。气－固接触面来说，由于固体表面分子受力不均衡，就产生一个剩余力场，这样就对气体分子产生吸附作用。三、吸附理论吸附的相关概念吸附剂（adsorbent）：具有吸附能力的固体物质。吸附质（adsorptive）：被吸附剂所吸附的物质，（如氮气）。吸附过程（adsorption）：固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。脱附过程（desorption）：气体在固体表面上的浓度减少的过程。吸附平衡（adsorptionequilibrium）：吸附速率与脱附速率相等时，表面上吸附的气体量维持不变。吸附量（amountadsorbate）：给定压力P下的吸附气体摩尔数。三、吸附理论吸附的相关概念单层吸附量（monolayeramount）：在吸附剂表面形成单分子层的吸附质摩尔数单层吸附容量（monolayercapacity）：单层吸附量的等效标准状态气体体积平衡吸附压力（equilibriumadsorptionpressure）：吸附物质与吸附质的平衡压力。相对压力（relativepressure）：平衡压力P与饱和蒸气压P0的比值。吸附等温线（adsorptionisotherm）：恒定温度下，气体吸附量与气体平衡压力之间的关系曲线。三、吸附理论根据吸附质与吸附剂表面分子间结合力的性质，可分为物理吸附和化学吸附。01物理吸附由吸附质与吸附剂分子间引力所引起，结合力较弱，容易脱附。02化学吸附则由吸附质与吸附剂间的化学键所引起，犹如化学反应，吸附通常是不可逆，不易脱附。三、吸附理论物理吸附等温线分类吸附等温线是以压力为横坐标，恒温条件下吸附质在吸附剂上的吸附量为纵坐标的曲线。通常用比压（相对压力）p/p0表示压力，p为气体的真实压力，p0为气体在测量温度下的饱和蒸汽压。三、吸附理论Langmuir吸附理论固体表面存在没有饱和的原子力场，当气体与之接触时就会被吸附在固体表面，一旦表面上覆盖满一层气体分子，这种力场就得到了饱和，吸附就不再发生，因此，吸附是单分子层的。被吸附物吸附剂Langmuir方程建立的3个假设：开放表面，均一表面定位吸附每一个吸附位只容纳一个吸附质分子三、吸附理论Langmuir方程p――吸附质蒸气吸附平衡时的压力；v――吸附量，vm――（表示单分子层饱和吸附量，该吸附过程的吸附系数，即吸附平衡的平衡常数；用p/v对p作图时是一条直线，其斜率为1/vm，截距为1/vmK，由此可以求出单分子层饱和吸附量vm。三、吸附理论BET吸附理论BET理论的吸附模型是建立在Langmuir吸附模型基础上的，同时认为物理吸附可分多层方式进行，且不等表面第一层吸满，在第一层之上发生第二层吸附，第二层上发生第三层吸附，……，吸附平衡时，各层均达到各自的吸附平衡。吸附剂BET方程建立的几个假设：与Langmuir方程相同的假设第一层的吸附热是常数，第二层以后各层的吸附热都相等并等同于凝聚热吸附是无限层三、吸附理论BET吸附等温方程式中

p0——吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压

P——氮气分压

vm——单分子层饱和吸附量

V——单位质量样品表面氮气吸附量

C——BET方程C常数注意：BET方程中p/p0的范围为：0.05～0.35只适合大多数介孔样品，当相对压力低于0.05时，不易建立多层吸附平衡；高于0.35时