NaOH协同Ni辅助咖啡渣热解联产氢气和高性能碳纳米片

作     者：何子健 张子杭 许丹 王树荣 HE Zijian;ZHANG Zihang;XU Dan;WANG Shurong

作者机构：浙江大学能源高效清洁利用全国重点实验室浙江杭州310027 南京林业大学化学工程学院江苏南京210037 

出 版 物：《林产化学与工业》 (Chemistry and Industry of Forest Products)

年 卷 期：2024年第44卷第5期

页      面：232-242页

核心收录：

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

基　　金：国家自然科学基金国际合作与交流项目(52261135626) 

主　　题：生物质热解 制氢 联产 多孔碳纳米片 超级电容器 

摘      要：以咖啡渣为原料,提出了一种NaOH协同Ni辅助咖啡渣热解联产氢气和高性能碳纳米片电极材料的新型生物质转化方法。考察了不同条件对气体组成和气体产率的影响,采用SEM、TEM、EDS、XRD、拉曼光谱和N_(2)吸附/脱附等温线对碳材料的结构进行表征,并测试了其电化学性能。结果表明:当NaOH和咖啡渣质量比值为2、Ni纳米颗粒添加量为咖啡渣质量的10%、反应温度为550℃时,可获得最高氢气产率,为31.79 mmol/g,此时氢气占气体产物的84.46%,此条件下制备的碳材料标记为2-0.1-550。当反应温度达到600℃时,热解炭样品2-0.1-600呈多孔碳纳米片结构,比表面积高达3123 m^(2)/g、总孔容为1.808 cm^(3)/g、微孔孔容为1.052 cm^(3)/g,具有合理的孔隙结构和适当的石墨化程度;用作电极材料在三电极体系中获得了215 F/g(1 A/g)的高比电容。进一步通过超快充电/放电动力学明晰了快速、慢速动力学过程的电容贡献率,通过Dunn方法计算发现:当扫描速率由5 mV/s增加到100 mV/s时,快速反应动力学过程的电容贡献率由64.34%提高至96.50%。此外,在6 mol/L KOH电解液中组装的对称电极,在功率密度3860.9 W/kg时能量密度仍达到5.6 W·h/kg;循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)测试表明:碳材料2-0.1-600具有理想的双电层电容(EDLC)行为和高效的离子传输速率,在1 A/g的电流密度下比电容高达170 F/g,即使电流密度提高至10 A/g时,电容保持率仍达94.1%(160 F/g);在5 A/g的电流密度下循环10000次电容保持率为103%,库仑效率仍为100%,表明了其优异的稳定性。