松下蓄電池為您解讀碳納米管

       

最近，在鉛酸電池正極活物質(zhì)中，添加碳納米管可以提高電池容量。添加碳納米管在負(fù)極活物質(zhì)里，能夠改善電池壽命及性能。那么碳納米管在到底在哪些行業(yè)中有所運(yùn)用呢？松下蓄電池小編和和大家共同分享。 在鉛酸電池行業(yè)，對碳納米管已不再陌生，有很多鉛酸電池制造企業(yè)都開始使用碳納米管，大都是外購碳納米管作為輔助材料?？傮w來說，對碳納米管的認(rèn)識還比較膚淺，這里特別詳細(xì)地介紹碳納米管，用于鉛酸電池行業(yè)的新用途。 要制備碳納米管，首先必須解決原料問題，即碳源。合成碳納米管的原料有：①天然石墨或含碳較高的煤； ②含碳和氫的烴類； ③主要含碳與氫(或者有O、N、S等)的低分子有機(jī)化合物； ④低沸點(diǎn)有機(jī)金屬化合物(金屬茂、金屬酞化菁等)； ⑤高分子物質(zhì)及碳化硅類的無機(jī)物。 天然石墨是容易獲得的較純凈的碳源。不過石墨極為穩(wěn)定，石墨層面之間結(jié)合得非常牢固，加之碳的原子量小，其晶格受熱振動很困難，要想獲得單個碳原子或原子族蒸氣，升華熱高達(dá)710kJ／mol。 碳納米管是元素碳的一種熱力學(xué)極不穩(wěn)定、動力學(xué)極穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)。構(gòu)成碳納米管的石墨烯片層有一定的彎曲，從而使其處在平衡態(tài)的碳原子有一定的應(yīng)力，并處于較高的能量狀態(tài)。 不同的碳的同素異形體中碳原子所具有的能量不同。石墨中碳原子的能量為零，最為穩(wěn)定；C。。中碳原子的能量高達(dá)o． 45eV，碳納米管與金剛石很接近。 圖2—4所示為不同碳的同素異形體以及納米碳管中的碳原子所具有的能量。 納米石墨烯片的邊緣有許多懸鍵，在消除懸鍵形成碳納米管時，還需克服管彎曲的應(yīng)力，因而正是兩者平衡的結(jié)果。 形成碳納米管的碳源有之前所述的①一⑤，也可以從各種含碳物質(zhì)通過熱解或轉(zhuǎn)化而得。熱解可以通過催化劑加熱，可以通過歧化反應(yīng)或氣相、液相、固相碳化轉(zhuǎn)化為高碳質(zhì)材料，條件適合時，能部分形成或全部形成碳納米管。碳納米管還可以通過在電化學(xué)反應(yīng)作用下的凝縮相合成。 具體的合成方法如下。 自從1991年日本飯島發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，已有幾十種合成的碳納米管，也發(fā)現(xiàn)了一些新的轉(zhuǎn)化途徑，可以根據(jù)不同的碳源，大致可以分為以下幾類合成方法。 (1)碳蒸發(fā)法 熱源有容易形成高溫的電弧法、激光燒蝕法等離子體法、太陽能法等。這些方法的共同之處是：出自：松下蓄電池提示您：用高含碳量的煤、天然石墨或者腐殖酸等為原料，用不同的加熱手段，在極高溫度下，使碳源(原料)中的碳原子蒸發(fā)，在不同惰性氣體或非氧化氛圍內(nèi)(Ar、Ne、He、N2、H2、CHd、C2H2以及C2H2+He等)、在不同壓力環(huán)境中或使用催化劑，使蒸發(fā)后的碳原子簇合成碳納米管。 (2)含碳?xì)怏w、烴類或金屬有機(jī)化合物為原料進(jìn)行熱解或催化熱解包括CO歧化、C2H2、CH‘、丁烯、苯和2—甲醛萘酮經(jīng)液態(tài)烴的氣相熱解轉(zhuǎn)化；有些有機(jī)金屬化合物如二茂鐵之類的金屬茂、Ni一、C。一、Fe一的金屬酞菁等的熱解。 這類熱解使用的催化劑有：Fe、Co、Ni及稀土金屬等各種不同的金屬催化劑、固體酸催化劑或溶膠—凝膠法合成液態(tài)催化劑。 根據(jù)不同襯底中催化劑的影響，不同于電阻外熱的特殊熱源，不同的沉積空間和位置，可衍生出許多不同的方法。 (3)固相熱解法 最典型的是本體聚合物空氣中熱解法、混合微囊紡絲法、乙酰丙酮催化極化法、高密度聚乙烯水熱極化法、低密度聚乙烯熱解法以及Cs。熱解法等。 (4)電化學(xué)法 用炭電極熔融鹽電解，氟聚合物電化學(xué)還原，乙炔的溶氨溶液電化學(xué)合成等。 (5)含碳無機(jī)物轉(zhuǎn)化法 用碳化硅表面粗分解法。 (6)環(huán)芳構(gòu)化形成筒狀齊聚物等新合成法 略。 (7)擴(kuò)散火焰法和低壓烴火焰法等 略。 雖然方法很多，大量(批量)生成碳納米管的方法卻不多。其中電弧法與激光燒蝕法合成碳納米管已有商品化生產(chǎn)。 目前碳納米管仍然很昂貴，要使碳納米管作為工業(yè)材料實(shí)際應(yīng)用，必須開發(fā)大規(guī)模(工業(yè)化)生產(chǎn)碳納米管的工業(yè)方法。 我國目前自主開發(fā)的工業(yè)方法與設(shè)備，都以烴類為原料，可連續(xù)生產(chǎn)，適合批量投產(chǎn)，生產(chǎn)能耗低，規(guī)?？梢詳U(kuò)大，適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。至于單壁碳納米管的大量制造以及管徑與螺旋度的控制，仍是當(dāng)前困擾的難題。 出自：松下蓄電池