​什麼是碳氣凝膠?碳氣凝膠的合成、應用

什麼是碳氣凝膠?碳氣凝膠是由小間隙孔(<50nm)互連的納米尺寸顆粒(3-30nm)組成的獨特的多孔材料。這種單片(連續)結構導致其具有非常大的表面積(400-1100m 2/g)和高導電率(25-100S/cm)。氣凝膠的化學成分,微結構和物理性能可以實現納米尺度控制,產生獨特的光學,熱學,聲學,機械和電學性能。

與傳統的無機氣凝膠(如矽氣凝膠)相比,碳氣凝膠具有許多優異的性能和更加廣闊的應用前景。碳氣凝膠具有比表面積大、密度變化范圍廣等特點,是制備雙電層電容器理想的電極材料。碳氣凝膠是唯一具有導電性的氣凝膠,可用於超級電容器的電扳材料。有機氣凝膠及碳氣凝膠具有生物機體相容性,使得其可用於制造人造生物組織、人造器官及器官組件、醫用診斷劑及胃腸外給藥體系的藥物載體。由於碳氣凝膠的組成元素(碳)原子序數低,因而用於Cerenkov探測器時優於矽氣凝膠材料。

​什麼是碳氣凝膠?碳氣凝膠的合成、應用

碳氣凝膠由於其結構的獨特性,具有廣泛的應用。而在其許多應用中,碳氣凝膠被發現在一些電化學裝置中用作電極材料的表現極為突出,最顯著的是用於空氣電容器(aerocapacitor)和電吸附元件(absorption cells)上。

空氣電容器(aerocapacitor)由碳氣凝膠作為電極,是具有高功率密度,高能量密度的電化學雙層電容器。該裝置通過在電極/電解質界面處的靜電電荷分離來存儲電能,被用於負載調平電源和電動動力列車。此外,一種基於電吸附技術的創新型氣凝膠已被成功地用於從含水廢液中除去重金屬和無機鹽離子的案例中。具有各種陰離子和陽離子的廢液流過一堆帶電荷的碳氣凝膠電極,雜質通過施加的電場與電解質分離。這種無污染的分離技術是替代常規去離子方法,如反滲透和離子交換,最具有能量效率和潛在成本效益的方法。

氣凝膠合成,空氣電容器和電吸附電池的發展都是未來十年的關鍵技術。這些領域的最新進展提供瞭巨大的潛在應用和獨特的挑戰。開發低成本,高效率的電動汽車將在混合動力汽車的發展中發揮關鍵作用。具有重要意義的是電吸附過程的可用性將與當前的去離子技術產生競爭。目前這種技術在技術開發方面為危險廢物的處理並修復受污染的地下水提供瞭獨特的解決方案。在廣泛領域的潛在應用領域值得特別考慮和進一步發展。因此具有特殊性質的碳氣凝膠的定制是一項極大的挑戰。

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