馬鈴薯淀粉基炭微球制備機理及電化學性能的研究.pdf

1、由于日趨嚴重的環境問題和化石資源的日益緊缺，以生物質資源為原料制備炭材料成為一個重要的研究課題。淀粉作為制備炭材料的原料，具有來源廣泛、價格低廉、再生周期短等特點。此外，不同來源的淀粉具有不同的顆粒形狀和粒徑分布，可根據需求制備出保持淀粉顆粒形態的不同粒徑大小的炭微球，這對促進炭微球的研究與發展具有重要的意義。本文提出了保持馬鈴薯淀粉顆粒形態的炭微球的兩種制備方法，通過系統研究兩種制備過程的機理，分析了影響淀粉基炭微球制備的本質因素。進

2、一步探討了馬鈴薯淀粉基活性炭微球的孔結構對其電化學性能的影響，同時對ZnCl2活化法的制備機理進行了初步研究。
　　 本文采用兩種方法制備保持馬鈴薯淀粉顆粒形態的炭微球，并對制備機理進行了系統研究。穩定化法的制備過程包括：220℃穩定化和600℃炭化，其中穩定化處理是制備過程中的關鍵步驟。在穩定化過程中，馬鈴薯淀粉顆粒中水的失去，以及分解、重排和縮聚等反應的發生，導致了淀粉顆粒中鏈鏈微晶結構的破壞。使炭化過程中馬鈴薯淀粉顆粒的熔

3、融現象不再發生。浸漬法的制備過程包括：NH4Cl溶液浸漬和600℃炭化。在浸漬過程中，NH4Cl分子被物理吸附在馬鈴薯淀粉顆粒的表面和孔隙中；在隨后的炭化過程中，NH4Cl的分解產物HCl促進了淀粉分子鏈在較低溫度下的化學脫水反應，導致淀粉顆粒中的鏈鏈微晶結構的破壞，有利于單分散馬鈴薯淀粉基炭微球的制備。結合兩種制備機理可得：以保持馬鈴薯淀粉顆粒完整性為前提，顆粒內部鏈鏈微晶結構的破壞是制備保持馬鈴薯淀粉原始顆粒形態的炭微球的關鍵。

4、r>　　 將采用浸漬法制備的炭微球在不同溫度下進行處理，并用作鋰離子電池負極材料，研究了其微觀結構與電化學性能之間的關系。研究表明：石墨化后馬鈴薯淀粉基炭微球的良好石墨化結構有利于鋰離子的不斷嵌入和脫出；同時完好的顆粒整體性防止了在充放電循環過程中石墨片層的剝落。因此，石墨化后馬鈴薯淀粉基炭微球表現出良好的電化學性能。首次放電容量達323mAh/g，循環效率達88％。首次循環之后炭微球的充放電效率均維持在98％以上，20次循環后，放電

5、容量仍可達到316mAh/g。
　　 以穩定化法制備的炭微球為原料，采用CO2活化法和KOH活化法制備馬鈴薯淀粉基活性炭微球。系統考察了活化工藝條件對活性炭微球孔結構的影響，探討了孔結構對雙電層比電容的影響。結果表明：兩種活化方法均可制備高比表面積活性炭微球，且所制備活性炭微球為具有一定壁厚的空心球。電化學測試表明：KOH活化法制備的比表面積為2520m2/g的活性炭微球在30wt％KOH水溶液中具有高達335F/g的比電容、良

6、好的功率性能和循環性能。
　　 以粒徑范圍約為5～30μm的馬鈴薯淀粉為原料，通過ZnCl2活化法制備了馬鈴薯淀粉基活性炭微球，并對其造孔機理進行了初步的研究。研究發現：經ZnCl2溶液浸漬后淀粉顆粒表面或內部孔穴處附著大量的堿式氯化鋅。在活化過程中堿式氯化鋅分解，生成ZnO、HCl和H2O，HCl氣體的催化脫水作用使活化后樣品能夠保持原淀粉的顆粒形狀。在活化后的酸洗過程中，生成的ZnO晶體被除去而留下一定的孔隙，使樣品的比表面