天然石墨改性及其電化學(xué)腐蝕性能研究.pdf

1、隨著資源的逐漸匱乏和能源危機(jī)的凸顯，人們?cè)絹?lái)越重視資源的高效利用及其在能源領(lǐng)域中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究。石墨是一種重要的非金屬礦物資源，由于其優(yōu)良的特性且在自然界中儲(chǔ)量豐富，故石墨在電化學(xué)方面廣泛應(yīng)用，常被用作電極材料。然而在電解質(zhì)中，即使耐腐蝕性強(qiáng)的石墨也會(huì)被腐蝕，嚴(yán)重影響電極的使用壽命；在電池中還使得電池放電時(shí)極不穩(wěn)定。目前，人們往往忽視了石墨的電化學(xué)腐蝕，對(duì)提高石墨材料的電化學(xué)耐腐蝕性的研究相對(duì)較少。
　　 本研究來(lái)源于新型電池用

2、天然石墨材料的制備技術(shù)研究的課題(國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助，課題編號(hào)：2008BA60808)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，首先采用堿熔法對(duì)湖南魯塘隱晶質(zhì)石墨進(jìn)行提純工藝研究，使其含碳量由79.82％提升至98.11％。隱晶質(zhì)石墨的最佳提純工藝條件為：石墨與NaOH質(zhì)量比=1:0.5、石墨:HC1質(zhì)量比=1:0.3、焙燒溫度600℃、焙燒時(shí)間50分鐘、在70℃下酸浸40min。SEM分析表明隱晶質(zhì)石墨具有晶質(zhì)特征，理論上具有制備石墨層間化合物的可能，因

3、此實(shí)驗(yàn)以提純后的隱晶質(zhì)石墨為原料，對(duì)其進(jìn)行酸化插層制備可膨脹石墨，并與天然鱗片石墨的插層效果相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隱晶質(zhì)石墨具有一定的酸化插層效果，為拓寬隱晶質(zhì)石墨的應(yīng)用提供一定的參考和借鑒。
　　 實(shí)驗(yàn)分別對(duì)-45μm、-20μm以及-10μm超細(xì)鱗片石墨進(jìn)行了酸化插層實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)酸化工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，使三種粒級(jí)的超細(xì)鱗片石墨的膨脹倍數(shù)分別達(dá)到33.6ml/g、19.3ml/g和8.5ml/g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示石墨鱗片粒徑越小插層效

4、果也越差。根據(jù)目前的資料顯示，粒度小于45μm的超細(xì)鱗片石墨制備可膨脹石墨的研究報(bào)導(dǎo)很少。本研究結(jié)果為拓寬超細(xì)石墨的插層研究提供有用的價(jià)值。
　　 實(shí)驗(yàn)研究了采用Hummers法制備氧化石墨的工藝條件，并以XRD分析表征氧化石墨的氧化程度。在相同工藝條件下，以可膨脹石墨為原料比用天然鱗片石墨為原料制備氧化石墨的氧化程度。氧化程度高的產(chǎn)物其XRD圖譜在2θ為10°附近出現(xiàn)很明顯的特征峰。同時(shí)氧化石墨的制備工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，反應(yīng)物的

5、用量、高錳酸鉀的用量、低溫反應(yīng)的時(shí)間都是影響制備氧化石墨氧化程度的重要因素。制備氧化石墨的最佳工藝條件為：-20μm天然鱗片石墨制備為原料，可膨脹石墨:高錳酸鉀:濃硫酸=1:3:40(質(zhì)量之比)，低溫反應(yīng)時(shí)間1.5h。
　　 在1M H2sO4的腐蝕溶液中和室溫條件下，借助電化學(xué)工作站采用伏安線(xiàn)性?huà)呙杓夹g(shù)運(yùn)用三電極穩(wěn)態(tài)極化法對(duì)提純前后的隱晶質(zhì)石墨和制備的可膨脹石墨、氧化石墨進(jìn)行耐酸腐蝕性能測(cè)試。結(jié)果表明：從極化曲線(xiàn)來(lái)看，氧化石墨