Se_(2)S_(5)@C正极对铁基水系电池电化学性能的影响

S阴极因为容量大、成本低而得到广泛的研究,但是S阴极的导电性不好,是S阴极的一大缺点。使用水热法,利用葡萄糖溶液制备炭球前驱体,再将S、Se与C材料结合,改善S阴极导电性差的缺点。同时,合成的Se_(2)S_(5)@C材料中的Se也贡献了容量,使得铁基水系电池的容量得到升高,Se_(2)S_(5)@C正极与泡沫铁组成的全电池容量可达到201 mA h/g。

抗腐蚀性鳞片石墨涂层水系电池正极铝箔集流体

集流体的腐蚀是限制水系电池发展的主要瓶颈之一,目前仅有金属钛或石墨等可以用作水系电池正极集流体,常见的铝箔因腐蚀无法作为集流体应用于水系电池。本文以炭黑和鳞片石墨为防护基材,采用涂布方法制备了两种涂炭铝箔,其中鳞片石墨涂层的铝箔不仅涂层均匀具有较好的附着力,而且具有较好的疏水和耐腐蚀性能,以该涂碳铝箔为正极集流体、石墨纸为负极集流体组装的LiFePO 4‖NaTi 2(PO 4)3电池可以正常循环90次,具有潜在应用价值。

电解液添加剂稳定水系电池锌负极界面的研究进展

水系锌金属电池(AZMBs)由于价格低廉、安全性高,在大规模储能领域极具潜力。然而,锌金属在常规水系电解液中并不稳定,界面处容易产生锌枝晶、析氢和腐蚀等副反应,导致AZMBs循环寿命较短。其中,电解液添加剂可以有效调控锌负极界面的化学特性和反应过程,显著提升其界面稳定性,大幅延长AZMBs的循环寿命。因此,对电解液添加剂稳定锌负极的相关研究进行总结,并对目前存在的关键问题提出新的解决思路非常必要。本文通过对近期相关文献进行探讨,简要介绍了锌负极目前面临的主要挑战及其相关机理,重点阐述了电解液添加剂对锌负极界面的主要调控机制,包括设计静电屏蔽层、贫水双电层(EDL)、原位固体电解质界面(SEI)层以及调控锌离子溶剂化鞘层。此外,还对不同添加剂类型进行了分类讨论,包括阳离子型、阴离子型、有机小分子型、有机聚合物型和其他类型,并分析了其各自的调控机理和对电化学性能的影响。最后,本文还对电解液添加剂策略稳定锌负极的未来发展方向提出了展望。

PA/n-PPS隔膜的制备及其在水系电池中的性能

为构建高性能水系电池隔膜,通过聚酰胺(PA)膜溶液涂覆修饰聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜的方式制备了PA/n-PPS微纳米复合纤维隔膜,并研究了PA/n-PPS隔膜的形貌结构对隔膜性能的影响。结果表明:当PA的质量分数为11%时,PA/n-PPS隔膜的孔隙率最大并且膜孔结构均匀,电化学性能最佳,其保液率达到548.41%,离子电导率为3.12×10^(-2) mS/cm;在0.2 C倍率条件下,隔膜组装的电池初始放电比容量为340 mA·h/g,并且经过100次循环,放电比容几乎无波动,放电效率接近100%,表现出极佳的循环稳定性。

水系电池电解液研究进展

尽管高电压锂离子电池应用广泛,但有机电解液存在安全性风险、制备成本等问题,因此研究安全性能高、低成本和电化学稳定窗口宽的水系电解液是替换有机体系电解液的有效方式之一。本文对水系电池电解液的发展进行了综述。

锰氧化物在水系电池中的研究进展与挑战

水系二次电池因其安全性高、成本低以及对环境友好等特点,在大规模储能领域展现出广阔的应用前景。电极材料作为电池的关键组成部分,其性质直接影响电池电化学性能。锰氧化物具有晶体结构丰富、理论比容量高、氧化还原电位高、成本低等优势,被认为是最具发展潜力的正极材料之一。然而,锰氧化物存在导电性差、结构不稳定、锰溶解等问题,使电池面临倍率和循环性能差的严峻挑战,限制了其实际应用。此外,锰氧化物的反应机制较为复杂。针对上述问题,本文通过调研有关锰氧化物的文献,首先分析了其晶体结构类型和特点,进一步按照电解液酸度梳理归纳了锰氧化物在(弱)酸性和碱性条件下的反应机制,简要阐述了其在水系碱金属离子、多价金属离子以及非金属离子二次电池体系的研究进展,最后对未来高性能锰氧化物正极的发展方向进行了展望。

水系铵离子电池β-MnO_(2)正极材料的制备及性能研究

通过简单的水热法合成了隧道型β-MnO_(2)正极材料并应用于水系铵离子电池,并采用1 mol/L(NH4)2SO4水系电解液,在窗口电压为0~1.6 V范围内,测试其电化学性能。实验结果表明:β-MnO_(2)正极材料在0.1A/g电流密度下表现出109.8 mAh/g放电比容量,经过140次循环后,其放电比容量仍有101.9 mAh/g,容量保留率为92.8%,库伦效率接近100%,具有优异的循环稳定性能。同时还具有优异的倍率性能,β-MnO_(2)纳米棒正极材料即使在1.0 A/g大电流密度下仍有78.7 mAh/g。此外,通过非原位FTIR、XPS测试探索了其储铵机理,结果表明铵根离子具有良好的可逆性。

水系锌离子电池宽温域性能的电解质改性策略研究进展

在资源短缺、能源需求倍增的当今世界,水系锌离子电池(AZIBs)作为一种大规模储能技术以其具有高安全性、低成本、高容量和快速充放电等优势脱颖而出。随着对能源多元化应用场景的增加,AZIBs被开发并应用于多种极端环境。然而,电池中的自由水分子会引发一系列的不良反应,导致电池出现容量下降和寿命缩短的问题。在低温条件下,溶剂水的冻结会引起AZIBs的离子电导率降低、电荷转移阻抗增加,导致电池速率性能下降。在高温条件下,溶剂水的快速蒸发会产生气泡和气体膨胀,水诱导的副反应加剧,同时电极材料也会出现腐蚀和溶解,从而影响电池寿命。针对这些挑战,在这篇综述中,分别总结了针对水系锌离子电池在高温与低温下的研究进展,提出了适用于低温、高温以及同时适用于高低温的电解质策略,重点研究了高浓度电解质、凝胶电解质、电解质添加剂和共晶电解质降低电解质凝固点、提高低温电化学性能的机理,并对进一步提高水系锌离子电池的宽温域性能和工业应用进行了展望。

VO_(2)·xH_(2)O纳米棒用于水系锌离子电池正极材料

具有优异电化性能、环境友好和低成本的水性锌离子电池(AZIBs)已经成为有前途的储能器件。然而,缓慢的传输动力学和不稳定的主体结构是高性能AZIBs先进正极材料开发的主要障碍。在此,利用四甲酰基苯硼酸与五氧化二钒之间的反应作用,通过简单的一步水热反应制备出含有氧缺陷的水合二化钒(VO_(2)·xH_(2)O)纳米棒。采用XRD、Raman、FTIR、SEM、XPS表征了VO_(2)·xH_(2)O的形貌和结构。VO_(2)·xH_(2)O纳米棒用作AZIBs的正极材料展现了优异的储锌性能,主要归因于材料的高效传输动力学和丰富的反应位点。在0.5/5.0 A·g^(-1)电流密度下可提供314/199 mAh·g^(-1)的高放电比容量。本论文提供了一种简单合成高性能AZIBs正极材料的方法,也为其他新型正极材料的设计提供了科学指导。

淀粉电解质添加剂在水系锌离子电池中的应用

为了提升ZnSO_(4)电解液的电化学稳定性,将淀粉作为一种添加剂对其进行改性。实验结果表明,相比于ZnSO_(4)电解液,改性后的淀粉-ZnSO_(4)电解液具有更高的析氢过电位、更宽的电化学稳定窗口。将淀粉-ZnSO4电解液应用到水系锌离子电池中,有效抑制了锌枝晶和副产物的生成,并降低了电池自放电程度,表现出更优异的循环稳定性和倍率性能,在1 A·g^(-1)电流密度下循环800圈之后放电比容量保持率为81.36%,远大于ZnSO_(4)电解液体系(57.89%)。将这种电解液应用到柔性电池中同样展示出了优异的性能,具有良好的长循环寿命,在0.5 A·g^(-1)电流密度下循环800圈之后的放电比容量保持率高达92.4%。此外,该柔性电池还具有良好的抗弯形变能力,在弯曲30°、60°和90°之后仍然能够保持82.34%的放电比容量。

水系锌-石墨电池的研究新进展

水系锌-石墨电池是一种新型的二次电池,基于水系电解液中的阴、阳离子同时参与电化学反应实现储能,因其具有高能量密度、高功率密度和安全廉价等诸多优势,有望成为替代锂离子电池的下一代储能产品。本文综述了近年来水系锌-石墨电池的发展现状,总结了锌负极、石墨正极存在的问题及现有的解决方案,对水系锌-石墨电池的下一步发展进行了预测。

石墨炔在水系离子电池中的研究进展

石墨炔(Graphdiyne,GDY)是一种全新的炭材料,具有特殊的炭杂化排列方式、独特的化学性质和电子结构以及独特的孔隙结构等优点,在电化学储能领域具有良好的应用前景。新兴的水系离子电池具有低成本和高安全性等优点,然而,高性能电极材料的开发、新型隔膜体系的设计以及稳定界面的策略等仍是水系离子电池面临的主要挑战。石墨炔在负极保护、正极包覆、隔膜设计以及稳定界面pH值等方面,可以改善离子传输与界面沉积行为、电解液不稳定等问题。特别是石墨炔自下而上的分子结构设计策略使其具有易修饰、掺杂的特点,改性的石墨炔类似物具有更加优异的性能,拓宽了其在水系离子电池中的应用。本文系统综述了石墨炔的结构与性质以及合成方法,特别对石墨炔在水系离子电池中的研究进行了总结。此外,对石墨炔在水系离子电池中应用时仍存在的问题与挑战进行了探讨,对石墨炔在水系离子电池中的发展进行了展望。

不同金属掺杂的五氧化二钒在水系锌离子电池中的应用

随着新能源的不断发展,对新型储能设备需求不断增加。可充电水系锌离子电池(ZIBs)因价格低廉、储量丰富和绿色环保等优点备受关注。五氧化二钒具有独特的层状结构,利于锌离子的嵌入/脱出。通过水热法制备V_(2)O_(5)、Ag_(0.3)V_(2)O_(5)(AVO)、Mg_(0.25)V_(2)O_(5)(MVO)并应用于水系锌离子电池中,XRD、SEM、TEM等测试分析了材料形貌和结构,金属Ag和Mg元素的掺杂有效改善了五氧化二钒纳米线形貌结构,并取得优异的电化学性能。深入探究电池内部反应机理,发现了Zn_(2)(V_(3)O_(8))2中间相形成对材料性能产生的影响。不同价态的离子掺杂对钒基氧化物形貌和电化学性能产生了不同的影响,体现的金属离子“支柱效应”显著改善了电池的容量和寿命。

水系钠离子电池正极材料研究进展

近年来,随着新能源行业不断发展,金属锂储备锐减和价格攀升使得二次电池转向其他金属离子电池发展,钠离子电池凭借储备丰富、价格低廉等优势成为良好的替代品。围绕水系钠离子电池正极材料的研究广泛开展,主要的正极材料包括过渡金属氧化物、聚阴离子化合物以及普鲁士蓝类似物。本文总结介绍了不同材料的结构特征以及研究方向,并对水系钠离子电池正极材料的发展方向进行了展望。

二氧化锰作水系锌离子电池正极材料改性进展

二氧化锰以其相对较低的成本和成熟的合成工艺,而成为研究最为深入的锌离子电池(ZIB)正极材料之一。近年来对二氧化锰在ZIB中进行改性的研究报道很多,其主要途径包括表面优化、纳米结构调控、缺陷工程、元素掺杂以及与导电材料的复合。这些改性方法提高了二氧化锰的电化学性能,改善了应用于ZIB正极的循环稳定性、倍率性能,有效延长了电池使用寿命。这些改性为ZIB技术的商业化和实际应用奠定了基础,为可再生能源存储领域的发展提供了有力支持。

水系锌离子电池正极材料研究进展

水系锌离子电池(AZIBs)以其高安全性和低成本优势被认为是后锂离子电池时代最具竞争力的储能设备之一。正极材料作为存储载流子(Zn^(2+))的主体,决定了水系锌离子电池的充放电容量,对AZIBs的循环性能和能量密度等性能起着至关重要的作用。本文总结了AZIBs的主要正极材料体系、存在的问题和可行的改性策略,为开发优异性能的AZIBs正极材料提供参考。

二氧化钛涂层改性锌负极及其在水系锌离子电池中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型纳米二氧化钛粉体,将其涂覆在锌箔上制备了二氧化钛涂层改性锌负极。通过各种表征和测试手段,探究了涂层对锌负极的改善效果,评估了改性后的锌负极在水系锌离子电池中的电化学性能。结果表明,二氧化钛涂层可以诱导锌在负极均匀沉积,由改性锌负极组成的Zn/Zn对称电池可以在1 mA/cm^(2)的电流密度下稳定循环500 h以上。此外,用改性锌负极组装的Zn/MnO_(2)全电池在0.5 A/g的电流密度下循环100次后容量保持率为82.53%,显著优于用未改性锌负极组装的Zn/MnO_(2)全电池。

双有机溶剂杂化电解液用于高稳定水系锌金属电池

提出一种双有机溶剂,碳酸丙烯酯(PC)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)杂化的水系电解液新体系,用于水系锌金属电池。实验结果表明,5%DMF+2%PC杂化2 M ZnSO_(4)水系电解液,不但明显减低了锌负极的析氢,而且促进锌的三维沉积,抑制了锌负极枝晶,同时双有机溶剂可以降低水系电解液的凝固点到-20℃。基于合成的新电解液体系,在1 m A/cm^(2)的电流密度下,Zn||Zn对称电池能够稳定循环500 h以上,Zn||Cu非对称电池能够稳定循环1000圈以上,平均库伦效率为99.06%。并且Zn||MnO_(2)全电池在1 A/g的大电流密度下,循环2000圈后,仍保持着210 mAh/g的高比容量。

钒基普鲁士蓝类似物VHCF用于水系铜电池正极

针对开发高性能水系铜电池电极材料的迫切需求,通过简易的共沉淀法制备钒基普鲁士蓝类似物铁氰化钒(VHCF)用作水系铜电池正极,考察反应温度及转速对VHCF样品表面形貌及微观结构的影响,探究不同VHCF样品在电化学性能上的差异,并分析VHCF样品的铜离子储存机理。研究结果表明:通过适当提升反应温度及搅拌器的转速,可以制备出[Fe(CN)_(6)]^(4-)含量多,粒径小且结构稳定的立方相VHCF;丰富的[Fe(CN)_(6)]^(4-)可以为Cu^(2+)离子提供更多的化学活位点,较小的粒径有利于提高Cu^(2+)离子的扩散速率,与普鲁士蓝骨架结合更稳定的结晶水则能改善电池循环稳定性;电化学反应过程中,Cu^(2+)离子会取代VHCF骨架中的V5+离子形成不可逆新相。VHCF正极在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量高达146.5 m A·h/g,循环500次后,保留了56.1 m A·h/g的可逆容量;在1.0 A/g的大电流密度下的放电比容量仍有60.1 m A·h/g。因此,钒基普鲁士蓝类似物VHCF在水系铜电池中的应用,为设计及发展水系铜电池高性能电极材料提供了新的可能性。

MXene在锌离子电池中的应用:研究进展与展望

可充电锌离子电池(ZIBs)以其低成本、固有安全性、高比能量和环保特性而在大规模储能领域中引起了极大的关注。尽管对ZIBs的正极、负极以及电解质的研究不断取得突破,ZIBs的实际性能仍难以达到实用化的要求,关键在于缺少先进材料的开发。MXene作为一种新型的二维材料,具有各种优异的特性包括丰富的原料、可定制的结构和独特的理化特性。二维(2D)MXene在ZIBs中的应用已经取得了重大进展。本文简要总结了用于ZIBs的MXene的多种合成路线、MXene的环境稳定性、形态和结构特征以及化学性质的进展;详细阐述了MXene基阴极、阳极和电解质/隔膜的最新发展,丰富的成果表明MXene材料具有实现高性能ZIBs的巨大潜力;归纳探讨了增强基于MXene的ZIBs性能的策略,包括离子插层调控、表面接枝修饰、杂原子掺杂、层间距拓宽等;最后,提出了基于MXene的ZIBs面临的挑战,展望了未来前景,旨在为开发实用化MXene基储能器件指明方向。