金属硒化物负极材料在钠离子电池中的应用

随着人们环境保护意识的日益增强和能源危机的不断加剧,环保、可持续性的可再生能源已引起人们广泛的关注。钠与锂是同主族元素,具有相似的物理、化学性质,并且钠的自然储量丰富、价格低廉。因此钠离子电池(sodium-ion batteries,SIBs)得到了广泛关注,已迅速发展成为锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)最有效的替代品。作为SIBs负极材料的金属硒化物(MSe_(x))比其他金属化合物表现出了更高的理论容量,在SIBs中显示出良好的电化学性能。然而,在电池充放电循环过程中,MSe_(x)会出现体积变化巨大、结构粉碎、“穿梭效应”等一系列问题。这些问题都限制了MSe_(x)在SIBs中的进一步发展与应用。该研究从储钠机制的角度出发,对不同反应类型的MSe_(x)负极材料在SIBs中的研究现状进行了综述,详述了不同改性策略对其电化学性能的影响,并对MSe_(x)负极材料在SIBs中面临的挑战及其未来发展进行了总结与展望。

高性能超级电容器用高载量N掺杂层状多孔炭电极

在保持快速充/放电特性的同时,提高超级电容器的能量密度将极大地扩展其应用领域。本文以野生箩藦壳为碳源、ZnCl2为活化剂、NH4Cl为氮源,通过一步法制备了氮掺杂层状多孔炭(NPCM)作为高性能超级电容器电极材料。该NPCM材料具有高的电导率、较高的离子可接触比表面积和快速的离子传输通道,显示出高质量比容量(457 F/g)和面积比容量(47.8μF/cm^2)。在高负载(17.7 mg/cm^2)下,材料仍显示出较高比容量(161 F/g)。此外,在1 mol/L Na2SO4电解液下,组装的NPCM//NPCM对称超级电容器可以在0.56 s内输出高能量密度(12.5 Wh/kg)和超高的功率密度(80 kW/kg)。

超级电容器用石墨烯薄膜:制备、基元结构及表面调控

石墨烯薄膜是一种以石墨烯纳米片为基元结构的宏观体,通过合理的结构设计和表面修饰使其具有优异的电学、力学和热学性能,将在电化学储能、电子器件、健康和环保等领域具有潜在的应用。本文主要综述了从石墨烯基元调控到二维宏观膜组装以及石墨烯薄膜在超级电容器应用中的研究进展。主要介绍了石墨烯薄膜的简易制备方法,并详细介绍了通过对石墨烯基元的结构调控和表面修饰来优化石墨烯薄膜电化学性能的两大策略,最后对石墨烯薄膜应用所面临的挑战和未来的发展进行了总结与展望。

木屑衍生炭层间限制MnO纳米片用作锂离子负极材料

以杨木木屑为原料,运用浓硫酸和高锰酸钾的强氧化性,再经过800℃的高温制备了杨木屑基炭层间负载氧化锰(YC/MnO)复合材料用作锂离子电池负极材料。通过透射电镜、氮气吸附/脱附、X射线衍射、拉曼光谱及X射线光电子能谱表征了YC/MnO的微观结构和表面元素,采用循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗谱方法分析了复合材料的电化学性能。实验结果表明:氧化锰纳米片均匀的插入到杨木屑衍生炭层间,这种紧密的夹层结构有效降低了比表面积(70.3 m^(2)/g)和电荷转移电阻(87.8Ω),提高了平均孔径(3.38 nm)和离子扩散系数(2.26×10^(-8) cm^(2)/s),并使这种特殊的复合结构在2 A/g的电流密度下仍具有396.6 mAh/g的放电比容量,当电流密度恢复到0.1 A/g时放电比容量可恢复到696.4 mAh/g,具有良好的可逆性。在0.5 A/g的电流密度下循环200圈仍能保持116.9%的放电比容量;1 A/g的电流密度下循环400圈可保持124.7%,表现出了优异的循环稳定性。

原位碳包覆二硫化钼用于锂离子电池负极材料

以木耳为碳源,以钼酸钠、L-半胱氨酸分别为钼源和硫源,采用水热法原位合成一种碳包覆二硫化钼(MoS2@C)复合材料,用于锂离子电池负极材料。通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对样品进行了系统的研究。以锂金属片为对电级,在两电极电池体系中进行电化学性能测试。结果表明:所制备的MoS2@C复合材料具有多孔碳包覆的结构和良好的电化学性能。MoS2@C展示出高的可逆容量(电流密度为0.1 A/g,容量为829.6 mAh/g),卓越的倍率特性(电流密度为2.0 A/g,容量为538.3 mAh/g)和良好的循环稳定性(电流密度为0.5 A/g时经过200次循环后,放电比容量保持率达94%)。所提出的策略还可进一步推广到其他过渡金属硫化物,用于超级电容器、钠离子电池和钾离子电池等储能领域。

快充型锂离子电池电极材料与电解液结构调控及设计

实现锂离子电池的快速充电是促进电动汽车普及、解决环境和能源问题的有效途径。然而,常规锂离子电池体系在快速充电条件下的缓慢动力学和安全风险的增加严重阻碍了该技术的实际应用。本文综述了快充型锂离子电池电极材料和电解液在结构调控与设计方面的研究进展。首先,详细介绍了通过电极材料的结构调控来提高锂离子在电极材料中扩散速度的方法。然后,阐述了通过对锂离子溶剂化结构的调控来提高锂离子在电解液中的传输和相界面处转移速度的方法。最后,对快充型锂离子电池所面临的关键科学问题进行了总结以及对未来的研究方向进行了展望。

石墨烯片层孔道设计及其结构调控

石墨烯——最薄的二维碳材料,因其具有卓越的机械、光学、电子和热性能,使其在复合材料、电子器件、能源储存和吸附分离等许多领域都具有广泛的应用.石墨烯筛(graphene nanomesh)作为一种在石墨烯片层引入纳米孔的多孔石墨烯,除了具有石墨烯本身固有的特性之外,其可调控的孔结构设计为石墨烯筛功能性应用提供了新的选择.本文综述了常见的石墨烯筛合成方法并展望了其未来发展前景.

Biomass-derived carbon materials with structural diversities and their applications in energy storage

Currently, carbon materials, such as graphene,carbon nanotubes, activated carbon, porous carbon, have been successfully applied in energy storage area by taking advantage of their structural and functional diversity. However, the development of advanced science and technology has spurred demands for green and sustainable energy storage materials.Biomass-derived carbon, as a type of electrode materials, has attracted much attention because of its structural diversities,adjustable physical/chemical properties, environmental friendliness and considerable economic value. Because the nature contributes the biomass with bizarre micro structures,the biomass-derived carbon materials also show naturally structural diversities, such as OD spherical, 1D fibrous, 2D lamellar and 3D spatial structures. In this review, the structure design of biomass-derived carbon materials for energy storage is presented. The effects of structural diversity, porosity and surface heteroatom doping of biomass-derived carbon materials in supercapacitors, lithium-ion batteries and sodium-ion batteries are discussed in detail. In addition, the new trends and challenges in biomass-derived carbon materials have also been proposed for further rational design of biomass-derived carbon materials for energy storage.