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碳家族的“核武器” —— 中钢矿院碳气凝胶材料
时间: 2020-06-15 10:55     作者: AG体育

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  核心提示:中钢矿院和中国工程物理研究院激光聚变中心达成合作协议,联合开展碳气凝胶材料制备技术研究。经双方团队近几年的试验攻关,成功实现了碳气凝胶材料连续式、低成本、低污染、稳定吨级规模化制备,全面掌握产业化制造的各项核心技术。

  气凝胶材料制备技术研究。经双方团队近几年的试验攻关,成功实现了碳气凝胶材料连续式、低成本、低污染、稳定吨级规模化制备,全面掌握产业化制造的各项核心技术。

  碳气凝胶是一种轻质、多孔、非晶态、具有纳米微孔结构的新型前沿纳米碳材料,具有比表面积高、吸附能力强、导电性好、导热性低、电阻系数低、纳米微结构可控等一系列优异的特性,是唯一具有导电性的气凝胶。与碳纳米管、石墨烯等材料同被誉为二十一世纪最有应用前景的材料,是国家“十三五”期间重点支持发展的节能低碳新材料。自上世纪80年代被首次制备和报道就一直是碳材料界的明星材料,但由于其制备原材料昂贵、工艺复杂、生产周期长、规模化生产难度大等原因,多数还处于实验室和小试研究阶段,未能真正实现规模化的生产和商业化的应用。

  1、超级电容器:碳气凝胶优异的导电性能,可有效降低超级电容器内阻,纳米结构的可控设计和高纯度能最大程度地减少了高工作电压下的电解质击穿,并延长了循环寿命,远远超过了传统碳材料,是高效高能和下一代3V+超级电容器的理想电极材料。

  2、铅酸电池:在铅酸电池负极中引入碳气凝胶(称为铅碳电池)可减少负极的硫酸盐化,增强电荷接受能力,可降低充电电压,从而提高效率并减少正极板的腐蚀延长循环寿命,提高储能性能。

  3、锂离子电池:在锂离子电池的正极中加入碳气凝胶材料,可形成电容性锂离子电池,在不显著降低能量密度的情况下,可提高其比功率和寿命。

  4、环境保护:和现有的技术(离子交换,蒸发,反相渗透)相比,碳气凝胶进行电吸附去除溶液中的金属离子具有很多优势,包括可以再生、减少了二次污染,节约能量;超高比表面积、超低密度、良好的化学惰性、耐腐蚀性和高压缩的力学特性,通过对表面功能团的修饰可作为选择性油水分离吸附剂,且可以通过蒸馏或燃烧重复使用;集大孔、介孔和微孔结构能产生强烈的热电子效应并提高光热转化效率,可以进行海水淡化、硬水软化和污水处理。

  5、催化剂载体:高比表面积、高孔隙率、低密度且稳定性较好的网络结构是催化剂载体的最佳材料之一。用作质子交换膜电池的Pt催化剂载体,能够增加催化剂导电性和耐腐蚀性,同时减小Pt金属颗粒凝聚和烧结趋势。

  6、生物医疗:具有高孔隙率、生物机体相容性及可生物降解特性,因而在医学领域具有广泛用途,可应用于诊断剂、人造组织、人造器官、器官组件等。特别适用于药物控制释放体系,可获得很高的药物担载量,是低毒高效的胃肠外给药体系。

  7、储氢材料:具有高比表面积、低密度、连续的网络结构且孔洞尺寸很小又与外界相通,在低压条件下具有优良的吸、放氢性能,是目前潜在最优的纳米碳基固态储氢材料之一。美国能源部专门设立了机构,研究掺杂金属的碳气凝胶贮氢技术,并给予财政资助。

  8、军事及航天领域:与传统绝热材料相比,纳米孔气凝胶超级绝热材料可以用更轻的质量、更小的体积达到等效的隔热效果。这一特点使其在航空、航天应用领域具有举足轻重的优势。如果用作航空发动机的隔热材料,既起到了极好的隔热作用,又减轻了发动机的重量。作为外太空探险工具和交通工具上的超级绝热材料也有很好的应用前景。

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