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2020-09-11
生物质是自然界唯一含碳的可再生能源，可以通过热化学转化过程制备液体燃料、燃气、热、电等多种能源产品，发展潜力巨大。多年来，过程的经济性一直是生物质能发展的主要瓶颈。生物质气炭联产技术可同时生产燃气和生物半焦（生物炭），燃气可通过催化转化制取汽油、柴油或航空煤油等能源产品；也可以经净化调变脱碳纯化过程制得高纯氢用于氢燃料电池发电；生物炭经活化处理可作为土壤改良剂和炭材料。气炭联产可以实现生物质综合利用，生产高附加值产品提高经济性。
青岛能源所热化学转化研究组多年来致力于生物质、煤和固体废弃物等含碳资源的多联产应用技术的研究开发。该研究组陈天举副研究员与碳基材料与能源应用研究组何建江副研究员合作开展了生物炭活化及应用于碳锂离子电池研究，近日，相关研究成果发表在国际能源领域期刊《Energy》上。生物质富氧气化剩余生物炭经活化处理后显示出良好的理化特性，其比表面积可达1715 m2 g-1，材料呈现类石墨烯片层结构。应用在碳锂离子电池中也显示了良好的性能，在电流密度100 mA g-1条件下，平均电荷容量为327 mAh g-1；在电流密度500 mA g-1条件下，电池库伦效率可达99.5%。相关数据如下图所示。该成果为生物半焦的下游高附加值利用拓展了新途径，有望明显改善生物质转化利用过程的总体经济性能。
生物炭理化特性及碳锂离子电池特性：(a)BET， (b)TEM，(c)电流对吸放电影响，(d)恒电流下吸放电和库伦效率
该工作得到了科技部重点研发计划项目和国家自然科学基金委的资助。（文/图 陈天举）
相关论文：Chen Tianju, Zhang Juan, Wang Zhiqi, Zhao Ruidong, He Jianjiang, Wu Jinhu, Qin Jianguang. Oxygen-enriched Gasification of lignocellulosic biomass: Syngas analysis, physicochemical characteristics of the carbon-rich material and its utilization as an anode in lithium ion battery, Energy, https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118771.
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