凝胶聚合物电解质用于锂离子电池的研究进展

电解质在电化学储能中起着至关重要的作用。在锂离子电池(LIB)中,液体电解质(LE)在几十年的发展中表现出了优异的性能,如高的离子电导率(10-3 S/cm)和与电极良好的接触。然而,LE中的安全问题以及由枝晶生长引起的性能退化严重阻碍了LIB的实际应用。因此,聚合物电解质(PE)有望取代LE。固体聚合物电解质(SPE)虽然有很好的安全性和机械性能,但其受温度限制,离子电导率较低,且与电极接触较差,电池循环性较差。凝胶聚合物电解质(GPE)结合两者的优点,被认为是现有有机液体电解质的有效替代品,它可以用来制造更安全的锂电池。对现有聚合物基体的交联、共聚和混合改性——能够提高电解质的电化学性能的方法进行了综述。同时也对GPE在LIB中的最新研究进展进行了综述,并介绍了新型生物基凝胶电解质基体。最后,展望了制造性能优异的基于GPEs的LIB电池面临的挑战和发展方向。

脲醛树脂前驱体碳微球形貌调控及电化学性能研究

为了探究原料配比对脲醛树脂形貌及碳微球电化学性能的影响,通过改变尿素、甲醛与甲酸的物质的量比,制备了三种不同微纳结构的脲醛树脂微球,再在氮气保护下800℃裂解,获得了相应的碳微球。采用上述脲醛树脂前驱体制备的花状碳纳米微球(NUFC-3)作为电极材料,在三电极体系中开展电化学性能研究。结果表明,在1 A/g的电流密度下,比电容(C_(s))为189 F/g;在20 A/g的电流密度下,C_(s)为145 F/g,其保留率为76.7%。该脲醛树脂为前驱体的碳微球具有制备方法简单、成本低廉及电化学性能优异等优点,有望在电化学储能领域获得应用。

塑料废弃物的资源化利用研究进展

随着人们生活质量的提高,塑料制品的使用量不断上升,塑料废弃物日益增多.然而,由于废弃塑料的回收利用率低,因此塑料废弃物的管理及资源化利用成为了全球环境保护和可持续发展领域的重要课题.论文概述了塑料的特性与分类、来源与组成,综述了当前塑料废弃物的物理处理、化学处理及生物处理技术及不同处理方法的优势及缺陷;分析了塑料废弃物资源化利用技术先进案例;提出了加强塑料废弃物资源化利用的措施.

YSZ基极限电流型NO_(x)传感器研究进展

随着汽车尾气排放标准更加严格,NO_(x)传感器作为主要排放处理技术-选择性催化还原系统(SCR)的核心部件成为当下的研究热点。YSZ作为固体电解质的极限电流型传感器在监测精度和控制成本上有着显著作用。综述了近年极限电流型氧传感器和NO_(x)传感器的研究进展。介绍了传感器的历史发展、结构和工作机理。重点阐述了扩散层、电极层的材料选择和结构组成对传感器性能的影响。基于目前集成MEMS气体薄膜传感器的发展以及传感单元结构多腔耦合组合模型的不断完善,提出未来亟待解决的问题,预测可能的发展方向。

锂离子电池三元正极核-壳结构的电化学-力学模拟

利用有限元模拟技术构建了电化学-力学耦合的三维多物理场锂离子电池模型,进而获得了核-壳正极在放电过程中Li+浓度、应变和应力的分布与演变情况,并研究了放电结束时不同放电倍率、壳厚度和核粒径对应变和应力的影响.结果表明,颗粒中心及核-壳界面处的应力在放电初期迅速达到最大值,然后随着Li+扩散过程的进行,应力逐渐减小.另外,黏结剂和相邻颗粒对电极应力分布有显著影响.减小放电速率和核粒径以及增加壳厚度能够降低电极中的应力.研究结果可为核-壳正极结构的设计与优化以及锂离子电池放电策略提供参考.

碳布用于锂离子电池三维一体化柔性正极的可行性研究

研究碳纤维编织布用于锂离子电池三维一体化正极的可行性,对三种经过热处理碳布的石墨化程度进行定性分析和定量计算。以锂金属作为对电极,石墨化的碳布电极在0.1~0.5 V的电压下首次放电比容量分别为83.6,94.5mAh·g^(-1)和115.2 mAh·g^(-1),经过50周次循环充放电后比容量分别为55.0,80.0 mAh·g^(-1)和88.0 mAh·g^(-1)左右。将石墨化的碳布负载LiFePO_(4)后,电极的首次放电比容量分别为73.2,109.5 mAh·g^(-1)和130.2 mAh·g^(-1)。对于石墨化程度为76.02%的碳布,经过50周次循环充放电后比容量稳定在90.0 mAh·g^(-1)左右,综合电化学性能较好,更适合用于锂离子电池的一体化柔性正极。通过建立LiFePO_(4)颗粒与碳纤维之间相互作用的力学模型,探讨一体化正极的力学性能、电学性能和电化学性能之间的关系。将碳布用于锂离子电池一体化正极,可以简化锂离子电池的常规生产过程,革新其生产方式。

石墨烯基二氧化碳还原电催化材料研究进展

通过电化学方法来减少二氧化碳(CO_(2)),同时生产燃料和高附加值化学品,是一种克服全球变暖问题的有效策略,对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义。由于CO_(2)稳定的分子结构,设计高选择性、高能效和低成本的电催化剂是关键。石墨烯及其衍生物因其独特且优异的物理、力学和电学性能,相对较低的成本,使其在CO_(2)电还原方面具有竞争力。此外,石墨烯基材料的表面可以通过使用不同的方法进行改性,包括掺杂、缺陷工程、构建复合结构和包覆形状。首先,本文综述了电化学CO_(2)还原的基本概念、评价标准,以及催化原理和过程。其次,简要介绍了石墨烯基催化剂的制备方法,并按照催化位点的类别,总结了石墨烯基催化剂近年来的研究进展。最后,对CO_(2)电还原技术未来发展方向进行了探讨与展望。

Ti/Ti_(4)O_(7)电极电化学氧化焦化废水中有机物

EAOP(电化学高级氧化)作为一种前景广阔的技术,广泛应用于工业水处理领域,其中阳极材料是EAOP的核心。采用等离子喷涂法制备多孔Ti/Ti_(4)O_(7)电极,对其性能进行结构表征和电化学测试。考察电流密度、通量、电解质种类对处理效果的影响,并对电化学氧化过程及污染物氧化机理进行分析。在最佳实验条件电流密度为15 mA/cm^(2)、通量为400 L/(m^(2)·h)下,选择0.1 mol/L Na_(2)SO_(4)为支持电解质,废水中COD(化学需氧量)的去除率为75.3%,去除1 kg COD的能耗为110.14 kW·h,能够有效去除水中PAHs(多环芳烃)。因此,制备的Ti/Ti_(4)O_(7)电极在电化学氧化实际废水中有机物的工程实践方面具备很强的应用前景。

电解水析氢催化剂NiCu/Ni(OH)_(2)的综合实验设计

基于科教融合模式,设计了碱性电解水析氢电催化剂NiCu/Ni(OH)_(2)综合实验。采用电化学沉积和电化学氧化的实验方法,在泡沫镍基底原位制备了一种析氢性能良好的电催化剂。借助大型仪器共享平台,运用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱仪(XPS)分析了电催化剂的物相信息,并运用线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安法(CV)和计时电位法(CP)探究了电催化剂的析氢性能。通过综合实验的训练,开阔了大学生的视野,提高了其综合实验技能和创新思维能力。

MOF衍生的Co_(x)Fe_(y)@NC电催化析氧和氧还原反应

目的通过提升金属有机框架(MOFs)衍生材料的双功能电催化析氧和氧还原能力,来解决金属电池中循环充放电问题,减少钌等贵金属消耗。方法利用Co、Fe双金属以沸石咪唑骨架(ZIF-8)为模板进行掺杂,同时加入1H-1,2,3-三氮唑有机配体进行室温搅拌,离心、干燥得到前驱体材料,煅烧前驱体材料最终得到Co_(4)Fe_(1)@NC碳材料。结果析氧反应中Co_(4)Fe_(1)@NC达到10mA·cm^(-2)电流密度仅需要1.52V;氧还原反应中Co_(4)Fe_(1)@NC半波电位为0.93V;两者电压之差为0.59V,低于单一金属Co或Fe衍生碳材料。结论采用Co、Fe双金属掺杂策略可以明显提升MOFs衍生催化材料双功能电催化析氧和氧还原能力,引入Fe元素有效调节了Co元素的电子结构,使其在析氧和氧还原过程中具有更好的氧物种吸脱附能力,因此,Co_(4)Fe_(1)@NC可作为潜在的金属空气电池负极材料。

ZIF-8衍生多孔碳在电容去离子处理重金属废水中的应用

电容去离子技术(CDI)作为一种新兴的环保节能脱盐技术,目前已逐步应用于处理重金属废水,其电极材料多为各种碳基材料制备,且CDI的电吸附效率与材料的特性有直接关系。本研究先采用2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8)在N_(2)气氛下碳化得到的ZIF-8衍生多孔碳(ZDPC),然后与活性炭(AC)制备ZDPC/AC复合电极,并将该电极应用于吸附重金属废水中的Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)。采用单因素实验研究了吸附效果受电极电压、溶液初始浓度和初始pH等关键因素的影响,并确定了最佳吸附条件。论文结果表明,重金属离子在ZDPC/AC复合电极上的吸附以物理吸附和单分子层吸附为主,并具有优良的电化学吸附性能。该电极在重金属污染废水净化方面有着广阔的实际应用前景。

非晶态氢氧化镍基无酶葡萄糖电化学传感器

基于过渡金属(氢)氧化物葡萄糖电化学传感器具有成本低、体积小、灵敏度高、线性检测范围宽等优点,通过一种新型电化学阴极沉积法构建了一种新型非晶态Ni(OH)_(2)无酶葡萄糖传感器,该传感器对葡萄糖的检测展现了优异的电化学活性:检测灵敏度高达4022μA·L·mmol^(-1)·cm^(-2),线性响应范围0.25μmol/L~1 mmol/L,检出下限低至70 nmol/L,抗干扰能力强,在0.5 mol/L NaOH溶液中具有优异的稳定性与选择性。

磷酸锰铁锂正极材料改性研究进展

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一,直接影响电池的能量密度、循环寿命、倍率性能及安全性能。橄榄石型LiMnFePO4具有能量密度高、成本低、环境友好、安全稳定等优点,被认为是一种很有前途的锂离子电池正极材料。然而,LiMnFePO4具有橄榄石结构磷酸盐基化合物电子电导率低、Li+一维扩散速率慢等固有缺陷,严重阻碍了其在高性能锂离子电池中的大规模应用。如何提升LiMnFePO4的导电子/离子性能,是当前需要解决的关键问题。本文全面综述了LiMnFePO4正极材料的结构特征、合成方法及其导电性能提升的研究进展,着重介绍了表面包覆、形貌控制和离子掺杂等方法对提升LiMnFePO4正极材料导电性能的效果及其作用机理,虽然上述三类改性方法均可一定程度地优化材料颗粒间电子/离子传输路径,实现LiMnFePO4正极材料导电性能的提升。但是单独采用这些方法依然难以从根本上解决LiMnFePO4导电性差的问题。为进一步提升LiMnFePO4正极材料的综合性能,本文在总结当前研究进展的基础上,对LiMnFePO4未来的研究思路和发展方向进行了展望。提出了通过杂原子掺杂优质碳材料包覆、短b轴形貌控制以及离子掺杂等方法联合改性的策略。该策略有望进一步提升LiMnFePO4正极材料的导电性能,获得高容量、高倍率、高稳定性的LiMnFePO4正极材料。

活性炭强化泡沫钛基空气扩散电极电过臭氧氧化及降解布洛芬效能

为了提高传统污水处理技术对布洛芬这一新型污染物的去除效率,本研究构建了一种基于活性炭强化的泡沫钛空气扩散电极(AC@Ti-F GDE)的电过臭氧处理体系。该体系通过增强传统电过臭氧体系的氧化效能,用于布洛芬的去除。结果表明,相对于传统的电极(Ti-F),微孔泡沫钛空气扩散电极(Ti-F GDE)体系中的HO•相对含量提升了155.7%。在投加活性炭后,AC@Ti-F GDE体系中的HO•相对含量在Ti-F GDE体系的基础上进一步提升了35.4%。这种显著提升的HO•产量得益于AC@Ti-F GDE体系中H2O2的增加,从而进一步强化了电过臭氧的氧化效能。通过精确调控活性炭的投加密度和颗粒粒径,确定了AC@Ti-F GDE电过臭氧体系中最佳的活性炭投加密度为0.8 mg/cm^(3),最佳颗粒粒径为850μm。在此基础上,将AC@Ti-F GDE电过臭氧体系应用于布洛芬污染物的处理,通过对比不同因素下该体系降解布洛芬的程度,得到最佳运行条件:pH值为7.00,电流为150 mA,O3,gas浓度为52.2 mg/L,并采用液相质谱检测布洛芬降解过程中中间产物,得出了该体系的降解矿化机理:布洛芬首先通过羟基化、去甲基化和脱羧等反应逐步氧化支链,随后攻击苯环并开环生成脂肪酸,最终被进一步矿化生成CO_(2)和H_(2)O。AC@Ti-F GDE电过臭氧新体系,强化了传统电过臭氧体系氧化效能,为后续电过臭氧处理布洛芬提供新思路。

镁掺杂高镍三元正极材料LiNi_(0.9)0Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)的合成与性能

采用高温固相法合成了一系列不同含量Mg掺杂的LiNi_(0.9)0Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)正极材料,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱等表征手段对其物相结构、颗粒形貌及电化学性能进行了研究。结果表明,掺杂Mg元素虽然会降低材料的可逆容量,但是可扩大材料晶胞体积,抑制不可逆相变,改善电极与电解液的界面稳定性,可有效提升材料的循环稳定性。其中,3%摩尔分数掺杂量的LiNi_(0.9)0Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)正极材料结构稳定,容量损失较少,综合性能表现较好,在0.1 C、2.8~4.3 V电压范围内,首周充放电比容量达到了197.3 mA∙h/g,100周的循环保持率达到了93.6%,且5 C下放电比容量为161.1 mA∙h/g。

Ni,Co诱导合成嵌有高分散NiCoP纳米粒子的NCNTs:一种高效的双功能电解水催化剂

通过一步磷化碳化直接合成了Ni、Co诱导的高度分散的NiCoP纳米颗粒嵌入氮掺杂碳纳米管(NiCo/NiCoP-NCNTs)。NiCo/NiCoP-NCNTs作为水分解的双功能电催化剂,在0.5 mol/L H2SO4和1 mol/L KOH溶液中分别仅需206 mV的HER过电位和360 mV的OER过电位。NiCo/NiCoP-NCNTs在10 mA/cm^(2)的电流密度下表现出稳定的1.68 V电池电压,在48 h仅有10%的电流密度下降,表现出卓越的稳定性。催化活性的增强归因于NiCoP纳米颗粒的整合以及NCNTs和NiCo合金之间的协同作用。此外,改善的电催化活性与增加的电化学活性比表面积和降低的电子传递电阻有关。总体而言,NiCo/NiCoP-NCNTs在高效水电解应用中展现出显著的性能。

蜂窝结构NiCo_(2)S_(4)@MnO_(2)电极材料的制备及储能效果研究

以泡沫镍为基底,将镍钴硫化物与MnO_(2)复合制备了蜂窝结构NiCo_(2)S_(4)@MnO_(2)电极材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对其形貌、结构、元素组成及价态进行了表征,在三电极体系中通过电化学工作站对电极材料进行线性扫描伏安测试和交流阻抗测试。结果表明:NiCo_(2)S_(4)@MnO_(2)为自支撑蜂窝结构电极材料,蜂窝结构很大程度上增加了产物的比表面积,为离子的存储提供了大量的空间;NiCo_(2)S_(4)@MnO_(2)中含有NiCo_(2)S_(4)和MnO_(2)且单一组分未遭到破坏,其曲线的形态和峰的位置几乎没有发生改变。NiCo_(2)S_(4)@MnO_(2)具有良好的电化学性能,电阻为0.2949Ω,其电荷转移阻力和阻抗较低,离子转移能力较快,具有更高的导电率。

钒离子改性MXene的制备及其在锂硫电池中的应用研究

利用化学刻蚀后得到的MXene(MX)片层具有大量阴离子官能团的特点,采用喷雾干燥技术,设计并合成了钒离子改性MXene(MX-VN)材料用于锂硫电池正极。MXene的优异导电性可以提高硫正极整体的导电性,同时原位构建的MX-VN界面可以提高对多硫化物的吸附效果和催化能力,提高硫的利用率。实验结果表明,采用MX-VN/S为正极的锂硫电池在0.1 C下的放电容量高达1438 mAh/g,且在0.5 C下循环200次以后容量保持率高达77.5%,电池性能明显提升。

层状MnO_(2)/Co-C复合材料的常温制备及其电催化析氧性能研究

采用ZIF-67衍生多孔碳框架(Co-C)为碳载体,在常温下自发还原高锰酸钾制备了层状MnO_(2)/Co-C复合材料,并研究了MnO_(2)/Co-C的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,Co-C碳框架内部的Co_(3)O_(4)纳米颗粒对于MnO_(2)纳米片的常温生长具有催化促进作用;在碱性电解质(1 mol·L^(-1)KOH溶液)中,MnO_(2)/Co-C表现出较好的电催化OER性能,在10 mA·cm^(-2)电流密度下的过电位为427 mV,Tafel斜率为163 mV·dec^(-1),具有良好的电化学稳定性。

棕榈衍生的氮掺杂碳负载CoFe合金的氧电催化剂在锌-空气电池中的研究

目的 合成Co, Fe双掺杂多孔碳纳米片(CoFe@N-C)。研究其电催化性能并组装为液态锌-空气电池。方法 以棕榈作为碳、氮的前驱体,利用棕榈特殊的孔道结构,合成生物质衍生碳基CoFe双金属纳米复合氧电催化剂(CoFe@N-C)。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等表征手段分析和研究其精细结构和形貌。结果 电化学测试结果表明,该纳米复合材料具有较优异的析氧反应(OER:290 mV)和双功能氧催化性能(ΔE=0.88 V)。以CoFe@N-C作为阴极催化剂组装的液态锌-空气电池具有1.46 V开路电压以及约564次长时间的循环稳定性。结论 CoFe@N-C具有优异的催化性能,组装为液态锌-空气电池也具有良好的性能体现。本工作为探索生物质衍生碳基纳米复合材料在电化学储能器件中的应用提供了新思路。