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​什么是碳气凝胶?碳气凝胶的合成、应用-岩拓气凝胶

​什么是碳气凝胶?碳气凝胶的合成、应用

什么是碳气凝胶碳气凝胶是由小间隙孔(<50nm)互连的纳米尺寸颗粒(3-30nm)组成的独特的多孔材料。这种单片(连续)结构导致其具有非常大的表面积(400-1100m 2/g)和高导电率(25-100S/cm)。气凝胶的化学成分,微结构和物理性能可以实现纳米尺度控制,产生独特的光学,热学,声学,机械和电学性能。

与传统的无机气凝胶(如硅气凝胶)相比,碳气凝胶具有许多优异的性能和更加广阔的应用前景。碳气凝胶具有比表面积大、密度变化范围广等特点,是制备双电层电容器理想的电极材料。碳气凝胶是唯一具有导电性的气凝胶,可用于超级电容器的电扳材料。有机气凝胶及碳气凝胶具有生物机体相容性,使得其可用于制造人造生物组织、人造器官及器官组件、医用诊断剂及胃肠外给药体系的药物载体。由于碳气凝胶的组成元素(碳)原子序数低,因而用于Cerenkov探测器时优于硅气凝胶材料。

​什么是碳气凝胶?碳气凝胶的合成、应用

碳气凝胶由于其结构的独特性,具有广泛的应用。而在其许多应用中,碳气凝胶被发现在一些电化学装置中用作电极材料的表现极为突出,最显着的是用于空气电容器(aerocapacitor)和电吸附元件(absorption cells)上。

空气电容器(aerocapacitor)由碳气凝胶作为电极,是具有高功率密度,高能量密度的电化学双层电容器。该装置通过在电极/电解质界面处的静电电荷分离来存储电能,被用于负载调平电源和电动动力列车。此外,一种基于电吸附技术的创新型气凝胶已被成功地用于从含水废液中除去重金属和无机盐离子的案例中。具有各种阴离子和阳离子的废液流过一堆带电荷的碳气凝胶电极,杂质通过施加的电场与电解质分离。这种无污染的分离技术是替代常规去离子方法,如反渗透和离子交换,最具有能量效率和潜在成本效益的方法。

气凝胶合成,空气电容器和电吸附电池的发展都是未来十年的关键技术。这些领域的最新进展提供了巨大的潜在应用和独特的挑战。开发低成本,高效率的电动汽车将在混合动力汽车的发展中发挥关键作用。具有重要意义的是电吸附过程的可用性将与当前的去离子技术产生竞争。目前这种技术在技术开发方面为危险废物的处理并修复受污染的地下水提供了独特的解决方案。在广泛领域的潜在应用领域值得特别考虑和进一步发展。因此具有特殊性质的碳气凝胶的定制是一项极大的挑战。

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