新型钾离子电池层状正极材料P3型K_(0.5)MnO_(2)的制备及储钾性能研究

【目的】钾离子电池具有低成本和能量密度高等优势,成为锂离子电池潜在的替代品,受到人们广泛的关注。但是,由于缺乏高比容量、循环寿命长的正极材料,使得这类新型电池的发展受到了限制。【方法】采用水热前驱体法、溶胶凝胶法和草酸盐共沉淀法制备了新型钾离子电池正极材料P3型K_(0.5)MnO_(2).【结论】结果表明与其他两种方法相比,水热前驱体法制备的K_(0.5)MnO_(2)(H-K_(0.5)MnO_(2))具有粗糙的表面和较多的内部孔隙,有利于电子的传递和提供更多的活性位点。H-K_(0.5)MnO_(2)电极在电流密度20 mA/g下,首周放电比容量最高,达到85 mAh/g,60周循环后电极片的XRD和EIS测试结果表明在重复的脱嵌K^(+)后,H-K_(0.5)MnO_(2)仍保持最稳定的结构以及最小的电荷传递阻抗。储钾性能研究的结果表明在高倍率下H-K_(0.5)MnO_(2)赝电容占比最高,从而能够实现快速的可逆充放电。

Pt/Co-N-C电催化材料的制备及其碱性ORR性能

金属有机框架材料(MOFs)是一种制备过渡金属-氮-碳(M-N-C)氧还原电催化材料的有效前驱体,但在热解过程中结构坍塌等问题限制了其实际应用。本研究通过表面活性剂F-127包覆以及Zn掺杂对ZIF-67进行改性,并对改性后的Zn-ZIF-67@F-127在氩气气氛下进行热解,制得结构完整的Co-N-C载体。通过在Co-N-C载体表面进行Pt的负载,制备了Pt/Co-N-C复合氧还原反应(ORR)催化剂,并对其在碱性电解液中的ORR催化性能进行了探究。实验结果表明,F-127的加入提高了Zn-ZIF-67@F-127在热解过程中的形貌保持率,Pt/Co-N-C在O2饱和的0.1 mol·L^(-1)KOH中,催化剂的起始电位、半波电位、极限扩散电流密度分别为1.027 V、0.836 V和5.51 mA·cm^(-2),与商用20%Pt/C性能相近。Pt与Co-N-C的协同作用使得催化剂不仅对ORR的四电子路径显示出高选择性,更在计时电流测试中表现出接近于商用20%Pt/C的稳定性与较商用20%Pt/C更优的抗甲醇性能。

嵌入化合物电极的电化学阻抗谱:模型与理论模拟

建立了单个嵌入化合物颗粒、混合颗粒、厚度均匀多孔电极层以及非均匀、多层多孔电极层的理论模型,模拟得了了上述模型的相对应电化学阻抗谱(EIS)特征.结果表明,单个颗粒和混合颗粒表现出相似的阻抗谱特征,均由高频区域内与锂离子通过固体电解质相界面(SEI)膜过程相关的R_(SEI)‖C_(SRI)半圆,与电荷传递过程相关的R_(ct)‖C_(dl)半圆以及锂离子在固体颗粒内部的扩散相关的斜线三部分组成.对于非均匀、多层多孔嵌入电极而言,一个个新奇的现象就是在阻抗谱中会出现三个半圆,影响第三个半圆现现并形成的因素主要为电极中的颗粒尺寸分布以及电极层的厚度分布,也就是说电极片中出现不同尺寸分布的颗粒以及形成薄厚两种电极层的时候,容易导致阻抗谱中出现第三个半圆.

不同碳源合成Li_2MnSiO_4/C正极材料的电化学性能

采用溶胶-凝胶法合成Li2MnSiO4并以葡萄糖、己二酸和蔗糖为碳源合成Li2MnSiO4/C材料,对其进行XRD物相分析和SEM形貌分析。对合成出的Li2MnSiO4及Li2MnSiO4/C电极进行了充放电和电化学阻抗谱(EIS)测试。充放电结果表明碳包覆可以提高Li2MnSiO4放电容量,EIS结果说明,Li2MnSiO4/C能够减少电荷传递电阻,增加锂离子在颗粒内部的扩散速率,从而提高材料的电化学性能。

卓越工程师培养过程中企业生产实习的改革与探索——以太原理工大学为例

本文以太原理工大学为例,围绕"卓越工程师教育培养计划"的目标和要求,结合学校和学科特点,对化学工程与工艺专业企业生产实习的现状进行了探讨,分析了现行生产实习存在的问题,认为其无法达到"卓越工程师教育培养计划"的要求,必须进行改革。针对现状,本校通过构建校企合作机制、固定实习基地、改革实习模式、强化学生自主学习与自我管理等方式提高了学生的实习效果,达到了"卓越工程师教育培养计划"的要求。

钠离子电池正极材料Na_(0.44)MnO_2的研究进展

钠离子电池的研究开发在国内外处于迅速发展的浪潮中,而具有隧道结构的Na_(0.44)MnO_2作为正极材料具有既可以支持高能量密度和长循环寿命的非水电解质电池,也可以支持安全和高倍率的水溶液电解质电池的优点,成为一个重要的研究热点。本文比较系统地综述了Na_(0.44)MnO_2作为钠离子电池正极材料的研究现状,从晶体结构和充放电机理等方面进行了讨论,重点阐述了Na_(0.44)MnO_2材料的合成方法以及不同的合成方法对其结构形貌和电化学性能的影响,同时,也介绍了Na_(0.44)MnO_2材料在全电池和水系电池中的应用现状和前景以及对Na_(0.44)MnO_2正极材料掺杂和表面包覆等改性方面的研究进展,并且总结分析了改性工艺对其结构与电化学性能的影响,认为Na_(0.44)MnO_2材料对于钠离子电池仍具有极大的科研价值和应用前景。

钠离子电池中空结构CoSe_(2)/C负极材料的制备及储钠性能研究

过渡金属硒化物具有较高的理论比容量和良好的导电能力,是钠离子电池潜在的负极材料,但其在电化学过程中会发生较大体积变化,循环寿命不佳,发展受到了限制。为缓解上述问题,本研究以金属有机框架材料ZIF-67为前驱体,用单宁酸(Tannic acid,TA)将ZIF-67刻蚀为空心结构,再通过碳化、硒化制备出以碳为骨架的纳米中空CoSe_(2)材料(H-CoSe_(2)/C),相较于未经刻蚀处理的CoSe_(2)材料(CoSe_(2)/C),H-CoSe_(2)/C表现出更好的储钠性能,特别是循环稳定性得到显著提高。50mA·g^(-1)电流密度下,经过350次循环,可逆比容量保持在383.4mAh·g^(-1),容量保持率为83.6%;在500mA·g^(-1)电流密度下,经过350次循环后容量保持率仍能达到72.2%。本研究表明,中空结构能够提供足够的空间以缓解材料在电化学过程中的体积变化,进而提高电极材料的循环性能。

认知结构理论指导下的高校应用电化学课程双语教学实践

应用电化学是一门讲述基本电极过程、电化学分析技术及能量储存与转换等知识的专业基础课程。太原理工大学化学化工学院在认知结构教学理论的指导下,以英文原版教材为基础,以中英文结合的教学语言为媒介,采用讲授为主、翻转课堂为辅的教学方法,实施了应用电化学课程双语教学,并同步进行了实验教学和评价方式的改革。教学充分激发了学生的学习兴趣,获得了良好的效果。

二氟草酸硼酸钠作为钠离子电池非水电解液添加剂的电化学性能

引入电解液添加剂是提升钠离子二次电池电化学性能的重要途径.本文制备了二氟草酸硼酸钠(NaDFOB),并作为NaClO_4/碳酸乙烯酯(EC)/碳酸丙烯酯(PC)(EC:PC体积比为1:1)非水电解液的添加剂,分别考察了其加入量对于电导率特性、电化学氧化分解电压的影响,以及应用于Na Ni0.5Mn0.5O2半电池的电化学性能.结果表明,Na DFOB作为添加剂时对于NaClO_4/EC/PC电解液电导率提升不明显,但显著提升了电解液的氧化分解电压;以添加0.025 mol·L^(-1)Na DFOB的电解液应用于Na Ni0.5Mn0.5O2半电池时,首周不可逆比容量由22 m Ah·g^(-1)下降到9 m Ah·g^(-1),同时0.2C倍率下循环200周容量保持率由44.4%提升到89.5%,平均每周容量衰减为0.06 m Ah·g^(-1).因此,Na DFOB可以作为钠离子电池非水电解液的一种有效添加剂.

室温钠离子电池的研究进展

在众多电化学储能系统中，锂（Li）离子（二次）电池以其高能量密度和长循环寿命等优势，已经得到规模应用。但是，由于锂资源在工业上的广泛应用，可供电化学储能方向利用的总量是有限的，有报告估计到2050年将有高达1／4的全球锂资源被用于电动汽车领域。出于开发更加经济和环保的储能系统之需要，以钠（Na）作为客体离子的二次电池系统已经得到了广泛研究。这是基于Na和Li的电极可逆存贮和迁移机制方面存在的相似性，且Na元素在地壳中丰度排名第6（约占2．6％），同时海水中存在着海量的Na资源。

锂离子电池用Cr_2O_3/TiO_2复合材料的电化学性能

采用高温固相反应法合成了Cr_2O_3/TiO_2复合材料,运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等对其结构、形貌和电化学性能进行了表征.研究结果表明:TiO_2掺杂能够显著改善Cr_2O_3的充放电循环性能,Cr_2O_3/TiO_2复合材料在充放电循环22周后仍有454mAh·g^(-1)的可逆循环容量,容量保持率达到了73.6%,主要归因于TiO_2掺杂能够显著提高Cr_2O_3的电导率.Cr_2O_3/TiO_2复合材料首次放电过程中由于电极体积膨胀导致的固体电解质相界面(SEI)膜迅速增厚和活性材料电导率的降低可能是其首次充放电过程中存在较大不可逆容量和循环容量衰减的重要原因.

质子交换膜燃料电池有序化膜电极研究进展

质子交换膜燃料电池的发展和应用是促进现代生活方式低碳环保化的最重要路径之一。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件,实现膜电极结构的有序化是同时满足低铂载量和高电化学性能要求的关键。本文系统总结和分析了最近有关有序化膜电极的相关研究进展。与发展较为缓慢的质子导体有序化相比,以催化剂有序化和催化剂载体有序化为路径实现的有序化膜电极结构优化已经得到快速发展,对于促进质子交换膜燃料电池规模化应用表现出极大的发展潜力。

V2O3空心球的制备及在锂硫电池中的应用

在NH3辅助下将制备的V2O5空心球高温还原为V2O3空心球,并利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、 X射线衍射和X射线光电子能谱等手段对材料的形貌与结构进行表征.将V2O3空心球与硫机械混合后,不经过熔融复合直接作为锂硫电池的正极材料.电化学测试结果显示,在0.2C倍率下,电池首次放电比容量达到1375 mA·h/g,循环100次后放电比容量可以维持在815 mA·h/g;在1C高倍率下,电池首次放电比容量为710 mA·h/g,经过500次循环后,放电比容量仍能达到530 mA·h/g,表明V2O3空心球的加入能够有效提高锂硫电池的循环性能.

CoSe_(2)/C复合电催化材料修饰隔膜对高载量锂硫电池性能的影响

以具有菱形十二面体结构的ZIF-67为模板,采用两步烧结法合成了CoSe_(2)/C复合材料,CoSe_(2)纳米颗粒直径约30 nm,均匀分散在碳骨架上.电化学测试结果表明,CoSe_(2)/C复合材料在放电过程中可以加快可溶性聚硫离子的还原反应动力学,还能够促进不溶性Li_(2)S的沉积过程,同时加速充电过程中Li_(2)S的氧化分解.将CoSe_(2)/C作为电催化材料与碳材料混合后用于隔膜修饰,修饰层面载量仅为0.15 mg/cm^(2),其中CoSe_(2)/C的质量分数仅占30%时,电池依然表现出优异的电化学性能;当硫载量为4.8 mg/cm^(2)时,在0.2C倍率下电池初始放电比容量为756 m A·h/g,经过180次循环后,容量依然能够维持715 mA·h/g,每次衰减率仅为0.031%.

草酸前驱体法制备高性能钠离子电池正极材料NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2

采用草酸前驱体法和传统固相法分别合成了钠离子电池正极材料镍锰酸钠(NaNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2),并通过XRD,SEM,恒流充放电测试,电化学阻抗图谱(EIS)和循环伏安(CV)等测试方法,考察了两种材料在结构、形貌和电化学性能方面的差异。结果显示,用草酸前驱体法制备的材料为结晶良好的层状结构,无杂相存在,颗粒直径在1μm左右。在0.5C(60 mA·g^(-1))的倍率下,充放电电压范围为2.0~3.8 V时,草酸前驱体法和高温固相法制备的材料首圈放电比容量分别为119.4 mAh·g^(-1)和123.7 mAh·g^(-1),100次循环后,容量保持率分别为58.3%和35.6%。基于工艺上的简单和有效特性,草酸前驱体法很有潜力作为规模制备钠离子电池层状氧化物正极材料的方法。

4A分子筛对电解液的改善应用

在电解液1 mol/L LiPF6/EC+DMC中加入4A分子筛,用恒流充放电、循环伏安和电化学阻抗谱(EIS)测试研究了4A分子筛对石墨电极性能的影响。加入4A分子筛后,石墨电极具有更好的循环性能,原因是减少了石墨表面形成稳定固体电解质相界面(SEI)膜时还原分解的电解液量,降低了SEI膜的阻抗。

Li_2MnSiO_4/C复合材料的制备与性能表征

本文分别以柠檬酸(C6H8O7.H2O)和蔗糖(C12H22O11)为碳源,采用溶胶凝胶法合成了Li2MnSiO4/C材料。X射线衍射(XRD)结果显示合成出的Li2MnSiO4/C材料均属于正交晶系Pmn21空间群。扫描电子显微镜(SEM)结果表明合成出的Li2MnSiO4/C1(以C6H8O7.H2O为碳源)材料粒径均在500 nm左右,Li2MnSiO4/C2(以C12H22O11为碳源)材料粒径在1μm左右。充放电测试结果显示,Li2MnSiO4/C2较Li2MnSiO4/C1有较高的首次不可逆容量;两种电极材料经几周循环后均具有稳定的循环性能,所制得的Li2MnSiO4/C1较Li2MnSiO4/C2具有高的循环容量。

基于金属有机骨架氧化物模板法的空心NiO的制备及其储钠电化学性能

本工作以镍离子交换的金属有机骨架氧化物Co-ZIF-67为模板制备得到空心NiO材料,并通过SEM、XRD、BET、FTIR、XPS、恒流充放电测试、循环伏安曲线等表征手段对空心NiO的结构、形貌、表面特性和电化学性能进行分析。SEM和BET测试表明制备的NiO为表面具有纳米中孔的亚微米级的空心材料。XPS结果显示空心氧化镍表面Ni为+2价和+3价的混合价态,作为钠离子电池负极时,电流密度50 m A·g^(-1)条件下初始比容量能达到1133.6 m Ah·g^(-1),充电比容量达到549.7 m Ah·g^(-1),首次循环库仑效率为48.5%;50次循环后,放电比容量仍能达到330.1 m Ah·g^(-1),表现出优异的可逆储钠性能。

B、N共掺杂单层石墨烯电子结构和导电性能

利用密度泛函理论研究方法对B、N原子以邻、间、对位等3种不同的相对位置以相同的比例(12.5%)共掺杂单层石墨烯的电子结构进行研究,分别计算共掺杂结构的能带结构、态密度、电荷密度和电荷差分密度等。结果表明:B、N原子共掺杂石墨烯的价带和导带之间出现直接带隙,而且价带电子轨道和导带空轨道分布更靠近费米能级,共掺杂石墨烯可同时作为电子的供体和受体,间位共掺杂结构的带隙值最小(1.296eV).在共掺杂结构的电荷重新分布过程中,B、C和N间的互相杂化和电荷的转移主要发生在各原子的2p轨道,其中B-C原子杂化轨道分布更靠近费米能级,C-N原子杂化轨道能分布在较低的能量区间。

锂离子电池的电化学阻抗谱分析

电化学阻抗谱(EIS)是研究电极/电解质界面发生的电化学过程的最有力工具之一,广泛应用于研究锂离子在锂离子电池嵌合物电极活性材料中的嵌入和脱出过程。本文从分析嵌合物电极的EIS谱特征入手,探讨了电化学阻抗谱中各时间常数的归属问题,重点讨论了与锂离子嵌脱过程相关的动力学参数,如电荷传递电阻、活性材料的电子电阻、扩散以及锂离子扩散迁移通过固体电解质相界面膜(SEI膜)的电阻等,对电极极化电位和温度的依赖关系。