金属相二硫化钼在能量储存与转化中的应用进展

金属相二硫化钼具有较大的层间距、较高的导电率以及丰富的活性位点,在能量储存与转化领域显示出广阔的应用前景。本文综述金属相二硫化钼在能量储存与转化中的研究进展。首先介绍金属相二硫化钼的晶体结构与电子结构,概述金属相二硫化钼的制备方法,即自上而下(锂插层剥离法)和自下而上(溶剂/水热法)等。然后总结金属相二硫化钼及其复合材料在能量储存与转化领域如氢析出反应、锂(钠)离子电池和超级电容器中的应用进展。最后指出目前金属相二硫化钼还存在合成工艺不可控和结构稳定性差等问题,而对其结构和性质之间的深入研究有望从根本上改善金属相二硫化钼的性能及其在能量储存与转化领域中的实际应用价值。

锂离子电池锡基负极材料研究进展

目前,商业上普遍使用石墨作为锂离子电池负极材料,由于其理论比容量较低(372 m Ah·g^(–1)),已经不能够满足锂离子电池的发展需求。研究发现,SnO_2作为负极材料可以和锂离子发生良好的可逆反应,且其可逆容量远高于石墨负极。但SnO_2在充放电过程中会出现颗粒粉化导致电极体积膨胀、裂解,从而影响锂电池的循环性能。通过加入石墨烯对SnO_2进行改性,不仅可以缓解SnO_2在运行过程中的体积膨胀,此外,石墨烯本身大的比表面积及良好的导电性,使得石墨烯/SnO_2材料具有较高的可逆容量及较好的循环稳定性。本文综述了几种不同方法制备石墨烯/SnO_2复合材料,在应用到锂离子电池负极材料时,均表现出良好的电化学性能。

二氧化锰/二氧化钛/介孔碳复合材料制备及其电化学性能

采用水热合成法制备了二氧化锰/二氧化钛/介孔碳复合材料,利用该复合材料制备了空气电极。通过X射线衍射仪(XRD)分析了复合材料的物相,用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料的表面形貌,采用循环伏安法研究了空气电极的电化学性能。结果表明:在160℃条件下制备的复合材料结晶度更高,循环伏安测试表明空气电极可逆性较好。利用复合材料组装了锂空气电池,对其进行充放电测试,发现锂空气电池首次放电容量最高可达1 331 m Ah/g。

锂-空气电池MnO_2和Co_3O_4正极催化剂的研究进展

锂-空气电池因具有超高的理论能量密度,被认为是最具发展前景的新一代储能系统。然而,正极缓慢的电极反应成为制约其发展的关键因素之一。催化剂的加入可以有效降低锂-空气电池的过电位,进而提高正极反应的速率。本文首先简要介绍了锂-空气电池的基本结构和工作原理,随后详细综述了近年来用于锂-空气电池正极的过渡金属氧化物(二氧化锰和四氧化三钴)催化剂的研究进展,最后根据目前所存在的问题指出未来的研究方向。

锂空气电池多孔电极结构中多相传输机理及连续模型研究现状

近年来,针对锂离子空气电池,国内外学者进行了大量实验和建模等当面的研究,其中多相传输是研究中的重点和难点。为更好的研究锂空气电池的反应机理,对电池反应过程中的多相传输过程进行了深入的研究。多相传输现象涉及氧溶解和氧析出两个方面:(1)锂离子在液体电解质以及电子在固体电极材料和多孔结构中的耦合反应;(2)其它诸多反应,特别是电池放电过程中放电产物在多孔阴极表面的生长。探讨的重点涉及固体产物的形貌、空隙堵塞效应、比表面积的减少和钝化效应,同时对宏观连续模型进行介绍,目的是对这些方法的有效性和局限性作进行综合的概述。为更好的理解多相传输现象机理以及锂空气中阴极产物的结构貌,给出了详细的解释和建议。

过渡金属碳氮化合物(MXenes)在能量储存装置的研究进展

层状过渡金属碳化物和/或氮化物(MXenes)凭借其特有的结构和性能成为了新型储能装置电极催化剂的重要候选材料。MXenes的表达式一般为Mn+1 Xn Tx,其中“M”代表早期的过渡金属元素,“x”表示C、N或CN,而“Tx”为“-OH”、“-F”等基团,n的值一般为1,2或3。MXenes具有比表面积高、离子电导率大、亲水性好等优良特性,有利于其在离子电池、超级电容器等储能装置中应用推广。本文综述了近几年MXenes在能源储存装置中的应用及研究现状,归纳总结了MXenes的结构及能量储存机制,指出了目前研究过程中存在的短板,并对其发展方向进行展望。

设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极催化剂的研究进展

锂-空气电池具有极高的理论能量密度,成为下一代最有希望的电化学能量储存技术之一。锂-空气电池的性能主要取决于空气阴极表面发生的电化学反应,因此,合理设计具有高稳定性和可逆性的阴极是实现商业化可行的锂-空气电池的关键所在。然而,传统碳基电极的不稳定性导致的副反应会限制电池容量及其循环性能,因此,需要寻找能够替代碳基电极的新型电极。本文首先结合锂-空气电池的结构和阴极反应原理,提出了目前锂-空气电池面临的挑战,然后基于碳基阴极的不稳定性分析总结了设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极的方法,最后提出了阴极催化剂的合理设计和催化机理的深入理解对锂-空气电池阴极的性能改善起着决定性作用的观点。

柔性锂氧电池的发展现状

柔性电子设备的飞速发展对可充式二次电池提出了越来越高的要求。柔性锂氧电池凭借着超高的理论能量密度,成为目前电池领域的研究热点,开发出高效、稳定、高机械强度及柔性的电池正极和负极是目前研究的关键。本文主要对柔性正极材料、锂负极的开发与设计进行简要介绍,并对该领域进行总结、展望。

二维硫化铋复合泡沫镍正极材料的制备及在Li-O_2电池中的应用

采用水热合成法制备了二维硫化铋复合泡沫镍电极材料,避免了使用传统碳材料和粘结剂在充放电过程中有害放电副产物的生成。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)对该复合材料的形貌和物相进行了表征,采用循环伏安法、恒流充放电法研究空气电极的电化学性能。结果表明,二维硫化铋复合泡沫镍作为空气电极的电池在充放电过程中具有降低过电位的效果,在100次循环内充电电压低于3.82 V。

工程教育认证背景下“近代物理学”课程教学改革探讨

近年来,在工程教育认证的大背景下,“近代物理学”作为一门高难度的理论性课程,由于不同水平高校对培养目标的合理定位不同,使得该课程在材料科学与工程专业中的开设方式、地位和作用呈现出较大的差异。随着工程教育认证的进行,普通高校培养“高级技术人才”的特点将更加突出,“近代物理学”课程教学内容的精简和教学改革也势在必行。因此,在课程教学大纲的制定和实施过程中,根据培养目标明确课程定位,根据课程定位改进课程教学模式,是当前工程教育认证背景下“近代物理学”课程改革需要思考的问题。

具有可调界面电子结构的金属硫化物异质结构作为锂-氧气电池的高效催化剂

设计和制备具有优异稳定性和高活性的催化剂对于提高锂-氧气电池的性能至关重要.由于其可调节的结构及促进氧还原反应和析氧反应动力学的有效性,异质结构催化剂引起了广泛的研究兴趣.在这项工作中,CuCo_(2)S_(4)/CoS_(1.097)多元金属硫化物被证明是锂-氧气电池氧电极反应的有效电催化剂.密度泛函理论计算表明,CuCo_(2)S_(4)/CoS_(1.097)的电子结构在异相界面处受到调控,有利于优化氧电极反应过程中间体的吸附,最终加速氧电极反应动力学.实验结果表明,基于CuCo_(2)S_(4)/CoS_(1.097)的锂-氧气电池在100 m A g^(-1)下具有26,727.8 m A h g^(-1)的高比容量和超过267次循环的出色耐久性.该工作为锂-氧气电池高性能正极材料的设计和构造提供了新视角.

富含钒空位的V_(2-x)O_(5)@V_(2)C MXene作为锂-氧气电池双功能电催化剂

构造阳离子空位被认为是一种可以提高电催化剂活性的有效策略.然而,在材料表面高效地引入阳离子空位仍面临诸多挑战.另外,关于阳离子空位对锂-氧气(Li-O_(2))电池氧电极反应活性的影响少有报道.本文报道了在V_(2)C MXene表面原位构造富含钒空位的五氧化二钒(V_(2-x)O_(5)@V_(2)C MXene)的方法,并系统研究了该材料对Li-O_(2)电池氧电极反应的双功能催化活性.结果表明,基于V_(2-x)O_(5)@V_(2)C MXene的Li-O_(2)电池具有良好的性能.其在100 mA g^(-1)电流密度下展示出高的能量效率(83.4%)和优异的循环性能(超过500次循环).密度泛函理论计算结果表明,阳离子钒空位的存在可以提供大量活性位点以降低Li-O_(2)电池氧电极反应能垒并促进反应物的吸附.本工作表明,通过构造阳离子金属空位来调节材料表面电子结构是提高过渡金属氧化物电催化活性的有效路径.