共轭羰基化合物作为钠/钾离子电池电极材料的研究进展

钠(钾)离子电池资源丰富、成本低廉,是极具大规模应用潜力的新型电池体系。然而,受制于较大的钠(钾)离子半径,这两类电池电极材料的选择受到了极大的限制。以共轭羰基化合物为代表的有机电极材料具有柔性的骨架结构,对阳离子半径选择性小,且结构多样、理论比容量高、环境友好,基于有机共轭羰基化合物构建的钠(钾)离子电池是未来"绿色电池"发展的重要方向。本文介绍了共轭羰基化合物的分类、储钠/钾性能及机理,重点探讨了羰基化合物作为储钠(钾)材料存在的问题和改进方法。最后,总结了羰基化合物作为钠钾离子电池电极材料存在的基础科学问题、技术挑战以及竞争力,同时进一步展望了有机共轭羰基化合物的发展方向以及大规模储能领域的应用前景。

锂离子电池有机共轭羰基化合物电极材料研究进展

有机共轭羰基化合物电极材料具有高比容量、低成本和环境友好等优点,已成为锂离子电池电极材料的研究热点.本文对有机共轭羰基化合物电极材料近年来的发展,特别是对共轭羰基化合物电极材料的电化学反应机理、小分子共轭羰基化合物和共轭羰基化合物的聚合物等进行了概括,评述了提高该类有机材料电化学性能的新方法,同时对其发展方向和应用前景进行了展望.

木质素光降解机理研究进展

从木质素模型及原本木质素2个方面综述木质素光降解的研究现状。木质素模型研究表明,光降解是典型的自由基反应,主要通过游离酚途径、羰游基途径和苯甲酰甲基芳醚途径反应,苯氧自由基是光化学反应的重要中间产物。木质素光降解是个氧化过程,伴随着碳的氧化态升高、非共轭羰基减少、共轭羰基增加,大分子木质素发生解聚,最终形成对醌、邻醌等发色基团及苯甲酸、苯甲醛等可溶性小分子酚类化合物,木质素含量明显降低。木质素光化学反应的机理研究中,木质素模型和原本木质素存在一定差距,分子和细胞水平上的深入研究将是未来的发展方向。

3,4,9,10-苝四甲酸四钠盐在锂离子电池中的应用

共轭羰基化合物由于其良好的离子和电子传输性能以及高度的可逆性,成为研究最为广泛的一类有机电极材料。采用具有3,4,9,10-苝四甲酸二酐为前驱体与氢氧化钠反应制备了3,4,9,10-苝四甲酸四钠盐(Na_4C_(24)H_8O_8,Na-PTCA),作为锂离子电池的负极材料。Na-PTCA在50 m A/g的电流密度电压区间0.01~2 V条件下,循环100圈后还能保持468 m A·h/g的容量,表现出良好的循环稳定性。同时,其羧基部分在约1.10/1.38V的电压平台表现高度的循环可逆性,在循环100圈后容量保持为148 m A·h/g。这些结果对扩展新型高比容锂离子电池负极材料提供了一种有效的设计思路。

聚酰亚胺在不同电解液体系中的储钠性质

共轭羰基化合物以其高理论比容量与多电子参与等优势成为当前最具研究吸引力的有机电极材料之一。本文以苝四甲酸二酐(PTCDA)与尿素进行缩聚反应制备含有共轭多羰基单元的聚酰亚胺(PI),采用傅里叶转换红外线光谱分析仪(Fourier transform infrared spectroscope,FT-IR)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)等测试方法对其进行了表征,并将所制备的材料用作钠离子电池正极材料,研究了其在NaClO4/EC∶DMC和NaClO4/EC∶PC两种电解液体系中的嵌钠性质。结果表明:在NaClO4/EC∶PC中,PI的初始比容量最高,循环稳定性最好;在电流密度为0.3C(1C=118mA·g-1)时,循环100次后放电容量可达124mAh·g-1。优异的电化学性质主要归因于NaClO4/EC∶PC高的离子电导率,因而PI在其中具有较好的动力学性能,进而表现出更优的电化学性能。

电活性有机物在电极应用上的研究进展

与无机电极材料相比,有机电极材料因为具有结构可设计、资源可再生以及成本低廉等特性,被视为具有前景的电化学储能材料。有机化合物电极材料主要包括含共轭羰基类化合物、含硫有机化合物以及氮氧自由基化合物等。本文主要概括了现阶段用以上三类化合物作为电极材料及其电化学性能所进行的探究,并进一步分析了这三类有机化合物应用在实际的储能电池中所需要的结构和性能上的改进,并进行了展望。

3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)用作钠离子电池正极材料的电化学性能研究

采用含有羰基的有机共轭分子3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)为正极,金属钠为负极组装了钠离子电池,用电化学交流阻抗及循环伏安法研究了其电化学性能.结果表明:PTCDA电极材料的离子电导率较低,大约为1.38×10^-6 S·cm^-1,不适合用于大电流密度充放电的电动汽车动力电池,但在小电流密度充放电状态下,具有良好的离子和电子传输性能及优异的钠离子脱/嵌性能;在电流密度为0.1 A·g^-1时,首次放电容量达120 mAh·g^-1,接近其理论比容量135 mAh·g^-1,有望应用于移动电话、笔记本电脑等小型便携式电子器件电源中.

二次锂电池聚合物正极材料研究进展

近几十年,二次锂电池作为重要的储能装置得到迅猛发展,而开发高性能的锂电池电极材料一直是电化学能源领域的研究热点之一。与传统无机正极材料相比,聚合物正极材料具有比容量高、柔软性好、廉价易得、环境友好、加工方便、可设计性强等诸多优点。本文综述了导电聚合物、共轭羰基聚合物以及含硫聚合物正极材料的结构特点、电极反应机理、电化学性能和近五年来的重大研究进展,总结了这三类聚合物电极材料的优缺点,并重点介绍了含硫聚合物电极材料中存在的问题及改进手段,最后提出了综合这三类聚合物优点的含硫共轭导电聚合物将会是该领域的研究方向。

Al_2(SO_4)_3和FeCl_3混凝对红枫湖溶解性有机质的去除及卤代烃控制的影响

以三价阳离子(Al_2(SO_4)_3和FeCl_3)为混凝剂,在不同的投加量和水力条件下对贵阳市红枫湖取水口处溶解性有机质(DOM)的去除和卤代烃(THMs)生成势控制变化趋势进行研究。实验结果表明,在不同的混凝条件下,对DOM的去除率在60%左右,随着快速搅拌速率的增加,去除率略有提高;UV_(254)的去除率为85%左右,不同的混凝剂投加量和水力条件对其影响不大。混凝前后DOM的THM生成势降低约60%,二氯一溴甲烷(CHCl_2Br)和一氯二溴甲烷(CHClBr_2)占THMs的80%以上;对于不同的混凝剂类型,投加量和水力条件均对THMs生成势变化没有明显差异。三维荧光光谱(3DEEM)结果表明,DOM中腐殖酸部分在混凝过程中有较大去除,红外光谱(FTIR)验证了混凝去除的基团主要为羰基(C=O)的类共轭结构。而在强化混凝过程中没有得到较大去除的内源有机质(藻源有机物)可能是混凝后THMs的主要前体物质。因此,传统的混凝工艺主要去除DOM的腐殖酸部分,还需要结合其他的预处理方法对DOM中的其他组分进行有效去除,以控制THMs的生成势,提高饮用水的安全性。