磁場作用下制備煤系針狀焦的性能研究.pdf

1、針狀焦作為一種新型炭材料基于其優(yōu)良的綜合性能，被應(yīng)用于工業(yè)、國防、能源、環(huán)保等領(lǐng)域，同時也得到眾多研究工作者的青睞。目前，針狀焦主要作為電爐煉鋼用高功率電極和超高功率電極的骨架材料，而在鋰離子電池、超級電化學(xué)電容器方面的研究也在不斷深入。在最近的幾十年里，國內(nèi)逐步擁有了一定的產(chǎn)能，但各項指標(biāo)還難以滿足超高功率電極的需求。因此，深入研究各種外在因素在針狀焦形成過程中的作用，對提高針狀焦綜合性能有重要的指導(dǎo)意義和實用價值。
　　 本

2、研究以溶劑法處理去除喹啉不溶物所得中溫煤瀝青為原料，在載磁反應(yīng)釜中制備針狀焦。通過改變升溫方式、升溫速率、延遲焦化溫度、聚合反應(yīng)壓力以及外加磁場作用階段和磁感應(yīng)強(qiáng)度，綜合考慮各影響因素在針狀焦制備過程中的作用。借助掃描電子顯微鏡(SEM)和偏光顯微鏡觀察針狀焦微觀形貌及光學(xué)各向異性組織;通過X射線衍射儀研究針狀焦微晶結(jié)構(gòu)參數(shù);以不同條件下制備針狀焦為原料加工成工作電極，以鉑電極和甘汞電極為輔助電極(CE)和參比電極(RE)，通過循環(huán)伏安

3、法(CV)和電化學(xué)阻抗譜法(EIS)研究工作電極電容特性、可循環(huán)性以及界面穩(wěn)定性，得到以下結(jié)論:
　　 (1)勻速升溫有利于針狀焦各向異性組織的形成，而且較低的升溫速率下制備的針狀焦微觀結(jié)構(gòu)更為規(guī)整，微晶顆粒尺寸也較大。
　　 (2)延遲焦化溫度如若太高，不利于針狀焦片層結(jié)構(gòu)的生成，快速逸出的輕組分以氣泡淬滅的形式破壞中間相形態(tài)，降低體系有序性。若溫度太低則易引起焦化不成熟，較為適宜的延遲焦化溫度為460℃。
　　

4、 (3)壓力對有序結(jié)構(gòu)的形成有著不容忽視的作用，適當(dāng)?shù)膲毫瓤纱龠M(jìn)聚合反應(yīng)的進(jìn)行，又能為最終的氣流拉焦提供足夠的能量;壓力太高或太低均會影響體系粘度，對熱縮聚反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。體系壓力保持O.4MPa時，能夠獲得微觀結(jié)構(gòu)較好的針狀焦。
　　 (4)磁場可以促進(jìn)鑲嵌組織轉(zhuǎn)化為微域結(jié)構(gòu)組織，有利于大面積光學(xué)各向異性組織的形成。在中間相形成階段為體系加磁，更有利于生成纖維狀紋理結(jié)構(gòu)。磁場對針狀焦微晶平面尺寸和垂直尺寸影響不一，它對炭

5、化體系主要有兩種作用形式:塞曼能級分裂效應(yīng)和磁導(dǎo)向效應(yīng)。前者通過在炭化前期作用于自由基，更有利于X-Y平面上芳香大分子的聚合，提高聚合度;后者則是在磁矩力作用下，提高體系有序性，降低層狀堆砌位阻，提高微晶Z軸向尺寸。
　　 (5)制備過程中引入磁場對最終針狀焦電化學(xué)性能有較大的影響，磁場作用可以使電化學(xué)過程中電容降低，溶液電阻升高，但可逆性卻顯著改善;由于磁場作用使得針狀焦中活性基團(tuán)減少，因而電極表面穩(wěn)定性得以提升。