国家级线下一流本科课程电化学原理建设探索与实践

电化学原理课程是电化学专业的核心理论课,对学生电化学实践能力、科学与工程素养的培养具有基础性地位和作用。该文介绍哈尔滨工业大学首批国家级线下一流本科课程电化学原理的建设和实施过程。从课程教学目标、内容体系、教学模式、课程思政、考核方式和教学效果等方面阐述课程的建设历程,为“双万计划”背景下的一流课程建设提供重要参考和应用实践。

新工科背景下化学工程与工艺专业理论课建设与实践

新工科教育的推行对培养多元化人才具有重要意义。文章基于新工科教育的背景,对化学工程与工艺专业理论核心课程“电化学原理”存在的问题进行了剖析,从课程目标和内容、教学手段、团队建设和考核方式等方面提出了新工科背景下课程建设思路,并予以实践。模块化教学内容的引入、实际案例的分析、线上和线下混合教学手段的运用、过程性评价和结果性评价的结合使课程在新工科背景下得以完善和发展。

锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展

综述了硅酸盐正极材料的设计、特性、制备及电化学性能,介绍了基于密度泛函理论的量子化学计算在锂离子电池材料设计中的方法和理论,认为进一步开展Li2MSiO4及其复合材料的理论和实验研究可以获得性能优异的高容量正极材料。

锂离子电池Si/C/B_2O_3复合负极材料的研究

采用高温热解法制得Si/C/B2O3复合材料,并用XRD和XPS分析材料的物相结构和组成。以复合材料为锂离子电池电极进行恒流充放电测试,并通过循环伏安曲线和充放电曲线研究了材料的电化学反应特性。结果表明,复合材料中的硼以氧化物的形式存在,材料的可逆容量和电化学循环稳定性较硅/碳材料均有较为明显的提高,900℃条件下热解得到的材料的首次可逆容量为584mA·h·g-1,复合材料在第40次循环的可逆容量可达到mA·h·g-1。

锂离子电池Si-Mn／C负极材料的电化学性能

利用机械球磨法得到Si和Mn原子比为3:5的复合材料,将此材料与20 wt％的石墨混合球磨得到Si3Mn5／C复合材料．利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析材料的物相和电极的微观结构．结果表明:所得材料中没有Si-Mn二元新相的生成,材料的颗粒尺寸为0．5—2．0μm．碳的加入抑制了活性中心Si在循环过程中的较大结构变化,且Si—Mn复合物颗粒均匀地分散在碳的网格中,增加了复合材料的电接触．合成样品的电化学测试表明, 石墨的添加提高了Si-Mn复合材料的可逆容量和循环性能． Si-Mn／C复合物的首次可逆容量为347mAh·g-1,充放电效率为70％．进而经200℃热处理的Si-Mn／C电极的首次可逆容量为 463mAh·g-1,充放电效率为70％．在30个循环后复合材料仍保持426mAh·g-1的可逆容量, 充放电效率稳定在97％以上．

锂离子电池用Si-Mn复合电极的研究

利用机械球磨方法制得原子比为Si:Mn=3:5的硅-锰复合材料。利用XRD对材料进行物相分析,以锂片作为参比电极和对电极,通过充放电测试、循环伏安曲线研究了材料的电化学性能。XRD分析和电化学测试结果表明:在氩气气氛下球磨96h后所得材料为Si和Mn的混合物;电极片在压制压力为10MPa条件下首次嵌锂容量为400mA·h·g-1,充放电效率为72%。对电极的热处理改善了材料的循环性能。材料的首次嵌锂容量随着热处理温度的提高而降低。电极在350℃处理后其可逆容量在第40次循环可保持在192mA·h·g-1。

锂离子蓄电池硅基负极材料的研究

综述了锂离子蓄电池硅基负极材料的制备、特性以及电化学性能的研究概况。分析了常温下锂与晶体硅以及无定形材料的电化学合金化机理,介绍了硅材料在充放电过程中的失效机制。重点探讨了单质硅、硅-金属复合材料、硅-碳材料作为锂离子蓄电池阳极材料的发展过程、反应机理以及充放电特性,并对其存在的问题进行了分析。对未来硅基材料的研究和应用作了探讨及预测,认为无定形合金薄膜材料以及纳米复合材料将是硅基材料的研究重点,硅基材料作为锂离子蓄电池商业化负极材料指日可待。

锂离子电池用纳米Co_3O_4材料的电化学性能研究

采用sol-gel法制备了纳米级Co3O4材料,并用SEM表征了由此材料制备的电极的形貌.对材料进行了恒流充放电测试,并通过充放电曲线研究了材料的容量和倍率性能.结果表明,制备的钴氧化物的颗粒尺寸在20 nm左右,材料的可逆容量和电化学循环稳定性较目前商业化的碳材料有较为明显的提高,材料在1 C倍率下的首次可逆容量为964 mAh/g,第60次循环的可逆容量仍可达到786 mAh/g.

新时代高校基层党支部建设工作新模式探索——以哈尔滨工业大学特种化学电源研究所师生联合党支部为例

基层党支部是党组织开展工作的基本单元,是党的全部工作和战斗力的基础。文章以全国党建工作样板支部建设为例,通过建立师生联合党支部模式,探索“三大体系、四大平台”建设,不断促进党支部标准化与规范化建设,真正做到党支部“七个有力”。

铝空气电池关键技术研究进展

金属空气电池也称金属燃料电池,是一种将金属的化学能直接转化为电能的装置。金属铝在地壳中储量丰富且具有较高的理论体积比能量,因此铝空气电池成为近年来关注的热点,然而金属铝在碱性电解液中的析氢问题一直是阻碍铝空气电池发展的主要因素。本文综述了铝空气电池关键技术的研究进展,包括铝合金阳极、铝腐蚀抑制剂、空气电极结构、电解质、催化剂等方面。使用含Sn、Ga、In等元素的铝合金阳极,将金属铝加工成超细晶材质,在电解质溶液中添加铝腐蚀抑制剂均可在一定程度上提高铝电极效率。铝空气电池已经在诸多领域实现应用,随着研究的继续深入,铝空气电池在能源行业将拥有广阔的应用前景。

提高锂离子电池过充安全性研究进展

锂离子电池安全性目前越来越受到人们的关注,过充是锂离子电池在使用过程中最重要的安全问题之一,提高电池的过充安全性将会加速动力锂离子电池的产业化。主要对提高电池过充性能的正极材料改性、过充添加剂、电压敏感隔膜的研究进行了详细论述,并分析了这几个方面的重要性和局限性。

锂离子电池正极材料的第一性原理

锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好地满足这一需求。本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正极材料研究方面的原理和应用,对该原理在正极材料的平均嵌锂电压计算、嵌/脱锂机理、结构稳定性研究及新材料预测等方面的应用进行了详细论述,并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性。

LiBOB基电解液成膜性及其循环性能

通过循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶变换红外(FTIR)光谱研究了双乙二酸硼酸锂(LiBOB)基电解液在石墨表面的成膜性及其在常温(25℃)和高温(70℃)下对石墨循环性能的影响.结果表明,LiBOB基电解液的成膜电位在1.7V,其中BOB-离子还原形成的草酸盐是固体电解质相界面(SEI)膜的有效成分之一.电化学阻抗谱显示,膜阻抗在循环过程中呈现减小趋势,这有利于提高循环稳定性.在常温和高温条件下,石墨在该电解液体系中均表现出优于其在LiPF6基电解液体系中的循环性能.

阀控密封铅酸电池正极板栅在不同硫酸电解液中的电化学行为

为研究正极板栅的腐蚀对阀控密封铅酸(VRLA)蓄电池失效的影响,分别采用循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和塔菲尔曲线研究了VRLA电池正极板栅在不同硫酸密度电解液的电化学行为.结果表明:氧化峰和还原峰的峰值电势均随硫酸密度的降低发生正移,说明Pb向PbSO4转化变困难,而PbSO4还原为Pb变得更容易;峰电流值随着硫酸密度的降低而增大,说明硫酸密度越小转化速率越快.酸密度影响正极板栅腐蚀膜的导电性,硫酸密度在1.30 g·cm-3左右时,板栅腐蚀膜的导电性较好.适当降低酸密度对提高板栅腐蚀膜的导电性有利.

Mn^(2＋)掺杂对LiFePO_4正极材料结构、性能及嵌锂动力学的影响

为了改善橄榄石型LiFePO4正极材料的性能,采用高温固相法合成了Mn掺杂的LiMnxFe1-xPO4(x=0,0.10,0.25,0.40,0.50)材料.采用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、充放电测试、循环伏安和电化学阻抗谱研究了材料的结构、电化学性能和锂离子嵌脱动力学.结果表明,锰掺杂的LiFePO4样品颗粒分布比较均匀,具有较小的平均粒径和窄的粒度分布,LiMnxFe1-xPO4是纯相的橄榄石结构.在不同倍率下,LiMn0.4Fe0.6PO4具有最高的放电容量和最好的动力学性能.Mn的掺杂提高了LiFePO4材料的可逆性、锂离子扩散系数和放电容量,减小了电荷转移电阻,进而提高了其动力学性能.

LiAl0．05Mn1．95O4正极材料锂离子嵌脱动力学研究

采用超声辅助溶胶凝胶法成功制备了LiAl0.05Mn1.95O4正极材料,并利用循环伏安和电化学阻抗谱研究了不同合成方法对LiAl0.05Mn1.95O4正极材料锂离子嵌脱动力学的影响.结果表明:超声辅助溶胶凝胶法制备的尖晶石材料具有更好的可逆性和最小的电荷转移电阻;LiMn2O4(sol-gel)、LiAl0.05Mn1.95O4(sol-gel)和LiAl0.05Mn1.95O4(UASG)的交换电流密度分别为2.57×10-2、4.16×10-2、5.08×10-2mA.cm-2,固相锂离子扩散系数分别为3.27×10-10、4.94×10-10、6.91×10-10cm2.s-1,表明超声辅助溶胶凝胶法制备的样品具有较好的锂离子嵌脱动力学.

锂离子电池硅/石墨/碳负极材料性能

为提高锂离子电池硅基材料的循环性能,用高温固相热解法合成硅/石墨/碳复合材料.采用XRD、循环伏安和充放电技术表征其结构和电化学性能.考察不同的粘结剂体系和极片热处理对材料电化学循环性能的影响.结果表明:采用水性粘结剂可以提高材料的电化学性能;对极片进行热处理也可以很好地提高电极的循环稳定性.首次脱锂比容量为970.5 mAh/g,40次循环后,脱锂比容量仍高达822.1 mAh/g.

磷酸三苯酯对锂离子电池安全性及电化学性能的影响

研究了磷酸三苯酯(TPP)含量对1mol·L-1LiPF6/EC:DEC:EMC(1:1:1)+1.5%VC电解液的电化学稳定性、热稳定性及电导率的影响,结果表明:10%以下TPP添加剂的引入提高了电解液的热稳定性,几乎不影响电解液的电化学窗口,但是该添加剂降低了电解液的电导率。研究了TPP对方型电池的电化学性能及安全性的影响,充放电测试结果表明,TPP的使用会降低电池的循环性能,6%以下的TPP含量对电池的循环性能影响较小;热冲击、针刺及过充安全性测试结果表明,4%～8%含量的TPP能够改善电池的150℃热冲击能力,降低针刺过程中电池的表面温度,提高了锂离子电池的安全性。此外,交流阻抗(EIS)、扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)分析表明,TPP对循环性能影响的主要原因是正负极表面过多SEI膜的形成及负极片的部分破裂。

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线。结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0mol/L、进料速度为2.5mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7mW/cm2。

电解质盐LiBOB在锂离子电池中的应用

论述了双草酸硼酸锂(LiBOB)在电极表面形成SEI膜的性质以及对电池高温稳定性的影响,并对LiBOB在溶剂中的溶解性、电导率和安全性及对电池循环性能的提高等问题进行了概述,对相关研究方向进行了简单的阐述。