碳的表面特性分析仪

本文详细分析完整的气体吸附/解吸等温线的炭黑样品利用微粒学3 flex微孔的乐器。打赌表面积与显微孔meso-pore和小macro-pore大小分布可以建立等温线,除了孔隙面积和孔隙体积。

碳在行业中的应用

在许多应用程序和行业,碳的使用是很常见的。碳碳,通常是黑人,扮演一个关键的部分在大范围的能源生产和存储设备,如燃料电池,可充电电池和超级电容器。他们作为膜材料,electro-catal亚博网站下载ysts催化剂支持,可能存在纯碳或掺杂/浸满各种贵重金属或金属氧化物。

利用碳的石墨烯,碳黑色、活性炭、碳纳米管、石墨等都是目前被利用或探讨。优化电极孔隙度是至关重要的,因为它会影响电极电导率、电极站点的数量和可用性活跃,电解液电极内运输,直接电荷载子物种的夹层。通过减少毛孔阻塞cyclability也可以最大化。

总孔隙体积和表面积打赌是极其常见的测量特性的阴极和阳极材料的表征。亚博网站下载然而,原材料的多孔特性的意义,超出这些中间体和成品电极:孔隙大小分布和孔隙面积将提供一个更完整的理解的多孔材料的性质也亚博网站下载必须加以考虑。

测量氮吸附和解吸等温线

三个商用炭黑粉著称的导电性能和针对电池应用进行了分析。氮吸附和解吸等温线测定利用micropore-equipped微粒学3 flex仪器。

使用微粒学VacPrep,样本第一脱气6小时300°C的极限真空< 100毫托。这之后他们转移到3 flex然后继续在300°C下真空进一步16小时。分析在77 k,等温夹克是每个样品管,利用自由空间测量和他最后的分析。

结合计量方法被用来测量吸附等温线。固定剂量的选择是在1 cc / g STP 0.005 P / Po 45 s平衡区间,然后0.5 cc / g STP 0.01 P / Po在30年代平衡区间。剩下的吸附等温式0.995便士/ Po和随后的解吸测量0.05便士/ Po进行利用增量计量方法。

分析样本后称重和这个质量报告生成之前应用回顾性分析文件。线性等温线图如图1所示,图2显示了对数等温线的情节。确定差异的对数情节特别有用快速显微孔区域内的吸附等温线。

图1所示。等温线线性情节

图2。等温线日志情节

选择最合适的技术和模型建立孔隙面积、体积和尺寸数据微粒学Microactive软件使用。关键数据特征的多孔性质下面详细的材料表,样品标记A到C的打赌表面积增加。亚博网站下载

	一个碳	碳B	碳C
打赌表面积(m2/ g)	228年	276年	279年
t-plot微孔表面积(m2/ g)	111年	159年	22
t-plot外部表面积(m2/ g)	117年	116年	257年
单点吸附量在0.985便士/ Po (cm3/ g)	0.42	0.60	0.58
BJH解吸孔隙体积毛孔2 - 150 nm直径(cm3/ g)	0.34	0.53	0.54
BJH解吸平均孔隙大小(nm)	12.8	20.1	10.0
DFT孔隙体积在毛孔≤1纳米宽度	0.08	0.06	0.03

在分析碳材料,打赌表面积是普遍报道。亚博网站下载此外,de Boer t-plots也被构造,允许微孔区域的贡献占总表面积计算。二维DFT模型应用于占碳孔隙几何图形的长宽比的变化。

孔隙大小、体积和面积数据收集使用技术的结合:DFT是应用于微孔(< 2 nm直径)范围,图3显示了孔隙大小分布。

BJH,可以观察到在图4中,应用到中孔(2-50 nm直径)和小大孔隙(50 - 150 nm直径)范围。B和C的打赌表面积碳几乎相同,而碳低17%。但micro-porosity的程度,孔隙大小和体积分布,所以表面积非常不同的来源。

t-plot数据非常有用当考虑表面面积:碳C的最低贡献微孔区域总体表面积,大约8%的总表面积微孔隙内被发现。另一方面,碳A和B有一个更平等的贡献显微孔区域的总表面积,分别为49%和58%。

微孔隙利用DFT技术的调查

孔隙大小对碳的大量应用是至关重要的,因为它常常直接影响性能,可以考虑通过孔隙体积和孔隙大小分布,除了孔隙面积。利用DFT技术微孔隙可以调查,这显示了孔隙大小分布是相似的。

然而,值得注意的是,碳的微孔体积最高多数微孔隙中尤其是小孔(< 0.7 nm宽)。碳C另一方面最低微孔体积和毛孔内两个尺寸范围:< 0.7 nm和> 0.7 nm宽相同的卷。碳B可以被认为是作为中间对微孔体积和尺寸。

图3。DFT dV /网络日志本(W)孔隙体积和孔隙宽度

macro-porosity的程度和meso-porosity也应考虑,尤其是这些毛孔往往存在运输毛孔,给任何在多孔微孔隙网络访问。BJH孔隙模型在这方面特别有用。

尽管孔隙体积的碳碳的大大小于B和C,所有三个碳有明显的孔隙度范围2 - 150 nm直径。虽然平均孔隙大小出现在B的两倍碳C,毛孔非常相似的体积碳B和C。

图4。BJH解吸dV /网络日志本(D)孔隙体积

有一些非常重要的孔隙大小和数量的差异,尽管打赌表面积相似,对碳的性能产生深远的影响。显微孔和内消旋/ macro-pore数据的分离是至关重要的。

更高的碳micro-porosity A和B可以通过材料供应缩短扩散途径,更快与更好的导电性,电子转移+丰富的活动网站的电化学过程。

相反,与碳B,更高的显微孔体积位于尤其是小孔可能使材料更容易毛孔堵塞和阻塞在使用过程中,所以减少寿命。相对缺乏的micro-porosity内碳C显示,这种材料将至少容易毛孔堵塞和阻塞。

通常,内消旋和macro-porosity供应基本途径微:因此,碳B可以将显示更好的传输电荷载体的物种,例如李+,与活跃的网站,只要自己最小的微孔隙不限制扩散。

碳C可能会表现出良好的电荷载体运输性能由于可观meso-porosity但活性中心的浓度可能较小,因为micro-porosity相对缺乏的。

最好的碳可能选择将取决于精确的应用程序。例如,碳可能更适合在一个平衡的锂电池阴极的微观和meso-porosity需要控制显微孔大小。兴奋剂与,例如,一个金属物种是必需的,这也将是一个不错的选择。

碳C似乎特别适合阳极制造整个范围的设备类型,高表面积将帮助快速充电载波传输。碳B可能适用于阴极或阳极制造但影响特别小微孔隙系统性能的需要更广泛的调查。

结论

知识的关键孔隙度的差异的理解是至关重要的选择、应用和性能的碳材料亚博网站下载。这只能意识到当整个等温线收集和被认为是通过各种孔隙模型的应用。

本文是基于应用程序写的论文博士Darren Lapham MCA服务的业务经理,一个英国合同分析实验室和咨询公司自2002年以来物理材料表征。亚博网站下载达伦专门技术的气体吸附、水星porosimetry和化学吸收作用。达伦获得博士学位2000年在埃塞克斯大学的物理化学和格林威治大学进行博士后研究,剑桥大学从事半导体和固态气体传感器和可充电电池技术。

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