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《海南大学高性能碳/碳复合新材料破解极端环境应用难题》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2022-06-06

  • 碳/碳复合材料是航空航天、核工业以及半导体行业中广泛应用的关键材料之一，具有很高的抗拉强度，但是，其较低的抗弯强度，严重制约了碳/碳复合材料在弯曲构件上的应用。

    近日，记者从海南大学获悉，该校李建林教授课题组与东华大学、萍乡学院的相关课题组合作，研究采用新工艺制备技术，破解碳/碳复合材料在极端环境中的应用难题。

    李建林教授提出相变膨胀烧结原理，通过将纳米金刚石颗粒均匀包覆在编织碳纤维布表面，经叠成烧结后纤维布层间生成的纳米碳洋葱将碳纤维布牢固地粘结在一起，位于编织纤维丝束交叉处的石墨洋葱在纤维布层间形成独特的“榫卯结构”，进一步强化了烧结后块体的力学性能，其弯曲强度高达1.2 GPa。

    据悉，此项研究工作开创了一种制备具有超高弯曲强度的碳/碳复合材料的新方法，避免了环境污染严重、能耗高和制备周期长等传统的碳/碳复合材料制备工艺中出现的问题，解决了因抗弯强度较低制约碳/碳复合材料在弯曲构件上应用的难题。该研究成果已获得相关专利授权3项。

    相关成果以“榫卯结构使层状碳复合材料具有超高弯曲强度”为题，发表在结构材料领域的国际学术期刊《材料科学技术(英文版)》上。

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    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-04-23
    • 被寄予厚望的下一代锂电池负极材料 硅碳负极材料的理论储锂容量最高可达到 4200mAh/g，比目前广泛使用的石墨类负极材料的 372mAh/g 高出 10 倍有余。其产业化后，将大大提升电池的容量，满足终端对电池容量日益增长的需求。 材料简介 硅碳负极材料是指将硅材料与不同结构的碳材料掺杂，以此显著提高负极材料的容量和电化学性能的材料。 硅是目前已知能用于负极材料理论比容最高的材料，可以达到目前主流的石墨负极的 10 倍以上，安全性高、资源储量丰富、制作成本低。而碳材料具有较高电导率，结构相对稳固，在循环过程中体积膨胀很小，通常在10% 以下，且还具有良好的柔韧性和润滑性。硅碳负极材料综合了二者优势，是未来负极材料的发展重点。     应用领域 消费电子终端产品电池、新能源汽车动力电池、储能… 发展历程   行业发展目标 《新材料产业发展指南》提出，要提升镍钴锰酸锂 / 镍钴铝酸锂、富锂锰基材料和硅碳复合负极材料安全性、性能一致性与循环寿命，开展高容量储氢材料、质子交换膜燃料电池及防护材料研究，实现先进电池材料合理配套。 《重点新材料首批次应用示范指导目录（2018 年版）》对硅碳负极材料和纳米硅碳负极材料提出了详细要求： 硅碳负极材料：低比容量（＜ 600mAh/g）：压实密度＞ 1.5g/cm ，循环寿命＞ 500 圈（80%，1C）；高比容量（＞ 600mAh/g）：压实密度＞ 1.3g/cm ，循环寿命＞ 200 圈（80%，0.5C）。 纳米硅碳负极材料：低比容量（＜ 450mAh/g）：压实密度＞ 1.7g/cm ，循环寿命＞ 1500 圈（80%，1C）；高比容量（＞ 450mAh/g）：压实密度＞ 1.6g/cm ，循环寿命＞ 800 圈（80%，0.5C）。 市场规模预测 据预测，到 2020 年硅碳负极材料渗透率将达到 15%，需求量将超过 4 万吨，市场空间为 50 亿元左右，同时市场集中度将非常高。   应用案例 3C 消费类电池： 日立麦克赛尔将硅碳负极材料用于智能手机、可穿戴设备等小型锂离子电池上。
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