煤炭科学技术

作者：孙志辉, 王云搏, 马书轩, 李猛,

关键词：煤矸石, 储能化利用, 电化学催化剂, 锂−氧气电池, 绿色开采,

煤矸石电化学储能利用有力地支撑了煤矿产业的能源共生发展，同时解决了矿山固废排放问题，为矿山固体废弃物的资源化利用和推进绿色低碳开采提供了前瞻性的解决方案。通过可控的碱烧活化与酸化学改性技术，将矸石固废转化为纳米级储能材料，实现了其在高比能电池领域的高效应用。采用透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术，对改性煤矸石和原矸石的微观结构进行了详细表征，旨在深入揭示改性机理。通过单因素试验方法，深入分析了原煤矸石与改性煤矸石在组分、晶体结构及局部电子环境方面的差异，进而确定了改性煤矸石在储能应用中的最佳条件。结果表明：经过改性处理，煤矸石表面形成了一层非晶态纳米颗粒Al2O3活化层，有效降低了电极反应过程中的能量损耗；改性煤矸石表面富含含氧官能团和氧空位等高活性电催化位点，显著降低了表面反应的活化能。在锂−氧气电池中，改性煤矸石展现出较低的充放电过电势（1.12 V）、高放电比容量（8310 mAh/g）以及优异的续航稳定性（>180 h）；改性煤矸石表现出柔性可穿戴储能特性，在45°翻折状态下仍能稳定供能。对于促进矿山废弃物的资源化利用、降低环境污染、提高资源利用效率等方面具有重要的实践意义和应用价值。

来源：2025年第6期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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