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二维材料MXene的储能性能与应用 被引量:22
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作者 郑伟 杨莉 +4 位作者 张培根 陈坚 田无边 张亚梅 孙正明 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第15期2513-2537,共25页
能量存储和转化器件是现代社会的重要基础。随着清洁能源、便携式电子设备及电动汽车的快速发展,人们对储能器件性能的要求越来越高。储能材料是决定储能器件性能的重要因素。通常,储能材料需满足具有可逆的氧化还原反应、易于电解液离... 能量存储和转化器件是现代社会的重要基础。随着清洁能源、便携式电子设备及电动汽车的快速发展,人们对储能器件性能的要求越来越高。储能材料是决定储能器件性能的重要因素。通常,储能材料需满足具有可逆的氧化还原反应、易于电解液离子脱嵌、尽可能多地提供氧化还原位点、良好的导电能力等要求。近年来,二维材料因比表面积大、离子传输路径短等特点而得到广泛关注,在储能领域也具有巨大的发展潜力。只有原子量级厚度的二维材料,表面活性位点多,力学性能优良,正契合储能器件对电极材料的要求。MXene是一类新型二维材料,通式为Mn+1XnTx,其中M代表过渡族金属元素,X为碳和/或氮,T代表MXene在制备过程中产生的官能团(-F、-OH、-O等),n一般为1~4。自2011年首次报道以来,MXene在储能领域就被寄予厚望。MXene含有碳原子层,所以具有类似石墨烯的良好导电性;而过渡金属层使其表现出类似过渡金属氧化物的性能;同时,表面多样的官能团赋予MXene良好的亲水性。这种独特的性能组合,使得MXene电荷响应速度快,具有赝电容特征且循环性能稳定,成为储能领域的研究焦点。另外,便携式储能器件要求更高的体积容量与体积能量密度,而MXene与碳基电极材料相比堆积密度高,可有效降低器件体积,拓展应用范围。目前,MXene及其复合材料已经在超级电容器、锂/钠/镁离子二次电池、锂硫电池、锌-空气电池、储氢等诸多储能领域展现出实用价值。但是,MXene容易发生塌陷和堆垛,影响其作为电极材料的性能。因此,需将MXene进行插层、改性、掺杂或与其他材料复合,以阻止MXene堆叠,减小离子扩散阻力,并增加离子吸附位点,从而提高其电化学性能。而且,不同的能量存储和转化装置对MXene的合成方法和结构特征有不同的要求,鉴于MXene能源应用相关研究的大量呈现,有必要对其进行全面总结与分析,以期推动MXene在该领域的发展。本文旨在综述MXene在制备、结构、性能及其在储能方面的最新研究动态与发展方向,并讨论面临的挑战。 展开更多
关键词 MAX相 MXene 二维材料 制备 储能
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Ag基触头材料的研究现状与展望 被引量:12
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作者 丁健翔 孙正明 +2 位作者 张培根 田无边 张亚梅 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期58-66,共9页
触头材料是开关系统的关键,其性能决定了电器设备运行的可靠性。低压开关中的触头材料以Ag基为主,Ag/CdO综合性能优异,但是Cd的毒性限制了它的应用。近几十年来,Ag/SnO_2、Ag/ZnO、Ag/Ni、Ag/C、Ag/W等触头材料在部分领域替代了Ag/CdO,... 触头材料是开关系统的关键,其性能决定了电器设备运行的可靠性。低压开关中的触头材料以Ag基为主,Ag/CdO综合性能优异,但是Cd的毒性限制了它的应用。近几十年来,Ag/SnO_2、Ag/ZnO、Ag/Ni、Ag/C、Ag/W等触头材料在部分领域替代了Ag/CdO,但是这些替代材料的温升高、接触电阻大、抗材料转移性能差、抗熔焊性能差等问题无法得到有效解决。从触头材料的发展历史出发,围绕应用、制备、性能及研究现状等,介绍了低压开关中常用Ag基触头材料的研究概况,探讨了Ag基触头材料的发展动向,并介绍了MAX作为增强相在Ag基触头材料中应用的前景。 展开更多
关键词 Ag基 触头材料 无Cd 电接触性能 MAX
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高纯Ti2AlC粉末的无压制备及其在Ag基电触头材料的应用
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作者 丁健翔 黄培艳 +4 位作者 查余辉 汪丹丹 张培根 田无边 孙正明 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期729-734,共6页
Ag基电触头是低压开关的“心脏”,触头无Cd化一直困扰着人们,寻找新型环保电触头材料是目前低压开关领域研究的重点。本研究从Ag基电触头增强相材料设计入手,利用简单快速的无压技术合成了高纯Ti2AlC粉末(99.2%),制备的Ag/Ti2AlC复合电... Ag基电触头是低压开关的“心脏”,触头无Cd化一直困扰着人们,寻找新型环保电触头材料是目前低压开关领域研究的重点。本研究从Ag基电触头增强相材料设计入手,利用简单快速的无压技术合成了高纯Ti2AlC粉末(99.2%),制备的Ag/Ti2AlC复合电触头材料组织均匀、Ti2AlC颗粒与Ag基体结合紧密、相对密度高(95.7%)、硬度适中(96HV)、导电性好(电阻率低至79.5 nΩ·m)、抗电弧侵蚀性能优良(5610次电弧放电后触头质量损失仅为4.4wt%)。Ag/Ti2AlC优良的结构和性能主要归因于Ti2AlC本身的导电导热性能和Ag/Ti2AlC之间的润湿性。该复合材料在进一步深入研究后,有望大面积应用并替代传统电触头材料。 展开更多
关键词 TI2ALC 电触头 金属陶瓷复合 导电性 润湿性 抗电弧侵蚀
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Ag/Ti_2AlC复合材料的电弧侵蚀及退化机理 被引量:12
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作者 丁健翔 田无边 +3 位作者 汪丹丹 张培根 陈坚 孙正明 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期627-637,共11页
通过动态电弧放电实验深入研究了Ag/10TAC触头材料的抗电弧侵蚀机理。不均匀的电弧侵蚀使Ag/10TAC触头表面产生未受侵蚀、过渡和侵蚀3个特征区域。Ag微结构和化学组成变化归因于Ag熔化、气化、吸收O_2、Ag-O蒸气沉积和Ag-Al相互扩散。... 通过动态电弧放电实验深入研究了Ag/10TAC触头材料的抗电弧侵蚀机理。不均匀的电弧侵蚀使Ag/10TAC触头表面产生未受侵蚀、过渡和侵蚀3个特征区域。Ag微结构和化学组成变化归因于Ag熔化、气化、吸收O_2、Ag-O蒸气沉积和Ag-Al相互扩散。电弧侵蚀过程中Ti_2AlC微结构演变和氧化行为归因于Ti_2AlC的快速"分解-氧化"过程。触头表面的结构和功能变化导致了Ag/10TAC复合材料退化。 展开更多
关键词 金属陶瓷复合材料 电接触材料 MAX相 微结构 氧化 电弧侵蚀机理
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Mechanism and mitigation of spontaneous Ga whisker growth on Cr2GaC 被引量:1
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作者 ZHANG PeiGen DING JianXiang +5 位作者 LIU YuShuang YANG Li tian wubian OUYANG Jian ZHANG YaMei SUN ZhengMing 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第3期440-445,共6页
Spontaneous growth of A-element whiskers on Mn+1AXn(MAX for short) phase materials poses a barrier to their practical applications, since it casts doubts on their stability. In this study, Ga whisker growth on sintere... Spontaneous growth of A-element whiskers on Mn+1AXn(MAX for short) phase materials poses a barrier to their practical applications, since it casts doubts on their stability. In this study, Ga whisker growth on sintered Cr2GaC samples was investigated. The elemental source for spontaneous growth of Ga whiskers is identified as the free Ga contained in the Cr2GaC material, not the lattice atoms from Cr2GaC grains, which removes the doubts on the stability of Cr2GaC material. The growth behavior and morphologies of the Ga whiskers follow a new catalysis-based model, with cleavage planes of Cr2GaC grains involved as nucleation sites. This model explains and predicts well the growth behavior of the whiskers. The mitigation strategy based on this model is in principle simple: to prevent free Ga in Cr2GaC material or limit it to a certain level;to avoid cleavage plane of Cr2GaC grains;to achieve high density of the Cr2GaC material. 展开更多
关键词 MAX phase whisker growth nucleation model mitigation strategy
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