Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)正极在水系锌电池中的电化学性能

二氧化锰(MnO_(2))材料具有比容量大、电极电位高、储量丰富以及价格低廉等优势,成为水系锌电池正极最受关注的一类材料,然而其仍然存在着结构稳定性差和电化学储存机理复杂的问题。因此,我们通过两步合成法制备了一种花苞状结构的MnO_(2)负载在Ti_(3)C_(2)T_(x)表面形成Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对复合样品的结构、成分和形貌进行表征。通过将Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)复合材料作为正极,与锌负极匹配组装成水系锌电池,研究了其分别在2 mol·L^(-1) ZnSO_(4)、2 mol·L^(-1) ZnSO_(4)+0.1 mol·L^(-1) MnSO_(4)、30 mol·L^(-1)三氟甲基磺酸四乙基铵(TEAOTf)+1 mol·L^(-1)三氟甲烷磺酸锌(ZnOTf)和3 mol·L^(-1) ZnOTf四种电解液中的电化学性能。结果表明,Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)在2 mol·L^(-1) ZnSO_(4)中的比容量较高,但循环稳定性很差。将TEAOTf盐和ZnOTf盐共溶于水中,设计了一种新型的含惰性阳离子的超高浓度盐包水电解液(30 mol·L^(-1) TEAOTf+1 mol·L^(-1) ZnOTf),不仅提高了Ti_(3)C_(2)T_(x)/MnO_(2)材料的可逆性,而且有效抑制了电极材料在循环过程中的溶解。

水系锌电池正极材料研究进展

水系锌电池(ZIBs)因其安全环保、锌资源丰富、理论容量高、价格低廉等特点,在储能等领域具有良好的研究价值及前景。从影响ZIBs性能的因素出发,综述了ZIBs的结构特点及其正极材料所取得的重要研究进展,包括金属氧化物、普鲁士蓝类似物、聚阴离子化合物、有机材料、金属硫化物等材料,并对ZIBs各类正极材料的优缺点进行了分析讨论,对未来ZIBs的发展方向进行了进一步的展望。

水系锌电池Se@Zn负极的制备及性能

采用原位化学反应策略,在Zn电极表面生长出Se单质,通过XRD、XPS、SEM和能谱表征,结果表明Se在Zn电极表面的成功合成,且Se在锌电极表面均匀分布。将Se@Zn电极和裸Zn电极分别组装为对称电池和以MnO2为正极的全电池进行性能比较,结果表明,Se@Zn对称电池在1 mA/cm^(2)下可以运行1000小时以上,并保持27mV的极化电压。Se@Zn||MnO_(2)全电池在2A/g电流密度下容量为136mA·h/g,在1000次循环后,Se@Zn||MnO_(2)全电池仍接有近100%的库仑效率,容量保持率为88%。

氮掺杂碳纳米线负载MnO纳米粒子作为水系锌离子电池正极的性能研究

水系锌离子电池(AZIBs)因锌的氧化还原电位低、能量密度高而有巨大的应用前景,其中储存Zn^(2+)的宿主正极决定了电池的放电性能和循环稳定性。以含有3个羧基的次氮基三乙酸(Nitrilotriacetic acid,NTA)为配体,通过简单的调整Mn^(2+):NTA的比例,制备了3种一维纳米线结构聚合物,并经煅烧处理中得到了3种氮掺杂碳纳米线负载不同粒径MnO材料MnO/NC-x。其中Mn^(2+)∶NTA比例为0.5时制备的MnO/NC-0.5中MnO粒径最小,且均匀的分散于纳米线表面。该材料作为AZIBs正极展现了卓越的离子扩散性和导电性等动力学特征。在2 A/g的高电流密度下该材料显示出158 mAh/g的倍率性能,并在1 A/g的条件下经历1000个循环后仍有96%的容量保持率,表现出卓越的循环稳定性。

水系锌离子电池负极改性策略研究进展

水系锌离子电池因其安全性高、离子导电率高、理论比容量高、成本低廉等优点,成为一类颇有前景的规模化储能材料。然而,锌负极在充放电过程中难以避免会出现枝晶生长和析氢腐蚀等棘手问题,严重制约了水系锌离子电池的循环寿命与实际应用的推广。本文首先分析了上述关键问题的成因和基本机制,系统阐述了目前锌负极的改性策略的4个方向,包括:负极材料构筑、涂层表面钝化、隔膜改性、电解液优化,重点论述了4类改性策略的设计要点与改性原理,并对锌负极的发展趋势进行了展望,为推动高性能水系锌离子电池发展提供参考。

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。

锰基正极材料在水系锌离子电池中的挑战及性能提升策略

锌离子电池(ZIBs)由于其安全性、可持续性、成本效益和高能量密度而越来越受欢迎,有望成为锂离子电池(LIBs)的替代品。目前对锌离子电池已经进行了广泛的研究。然而,锰基正极材料在锌离子电池中的应用带来了挑战,特别是金属溶解和材料不稳定性等问题。这些挑战导致电池循环稳定性较差,阻碍了锌离子电池发展的进程。本文概述了锌离子存储机制,阐明了锰基正极材料面临的挑战,并提出了改善其性能的优化策略。最后,讨论了锰基正极材料的潜力。

氮杂环咪唑离子液体用于水系锌离子电池负极无枝晶保护

根据可持续发展的需要以及更好地去实现碳达峰、碳中和,水系锌离子电池由于其安全可靠、成本低及离子电导率高等特点逐渐进入人们的视线。相比于传统的锂离子电池,可充电的水系锌离子电池具有很高的安全稳定性,同时,锌金属资源丰富、理论容量(820 mA·h/g)高、氧化还原电位(-0.762 V(vs.SHE))低,这也缓解了金属锂的资源压力。但是,电解质中的活性水会严重腐蚀锌负极,发生析氢反应(HER),并产生羟基硫酸锌(ZHS)等副产物以及引起枝晶生长,从而使电池循环性能大大降低,达不到储能要求。结果表明,通过离子液体添加剂优化水系锌离子电解液,实现了循环过程中无枝晶的锌负极,其中氯化1-氰丁基-3-甲基咪唑(MCBI)添加剂在最佳添加浓度条件下,Zn//Cu半电池200圈库伦效率可达99.37%,Zn//Zn对称电池在小电流密度下可稳定循环1600 h以上,即使在10 mA/cm^(2)、5 mA·h/cm^(2)下也能稳定循环1000 h以上;全电池循环500次后依旧有88.5%的高容量保持率。这项工作解决了水系锌离子电池枝晶问题,并在优化电解质体系方面提供了一个全新的视角。

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。

水系锌离子电池负极添加剂研究进展

水系锌离子电池(AZIBs)因具有较高的理论容量、较低的氧化还原电位、良好的安全性和低成本等优点,在便携式电子设备、储能器件和新能源汽车等领域有广泛的应用市场和前景。在AZIBs体系中,通过电解液中添加剂的优化可达到改善锌负极稳定性,减少负极枝晶生长和抑制析氢副反应发生等。因此,有必要系统地总结添加剂研究进展:对电解液添加剂对Zn^(2+)的沉积行为影响机制进行了总结;基于锌负极所存在的问题,详细综述了近年来关于不同种类的单一添加剂在稳定锌负极方面的改性机制;对复合添加剂的研究情况进行了综述;针对添加剂发展方向和前景提出一些思考和研究策略。

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。

椰壳碳@MnO_(2)纳米材料在水系锌离子电池中的应用

为解决MnO_(2)材料在水系锌离子电池(ZIBs)中存在的导电性差、材料利用率低等问题,以农业废弃物椰壳为原料,将低成本、来源丰富、绿色可再生的生物质资源引入到电极材料中,通过高温碳化得到导电性优异的椰壳碳,用水热法在椰壳碳表面生长MnO_(2)纳米粒子,获得椰壳碳@MnO_(2)复合纳米材料。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学技术等表征测试手段,分析该复合材料的形貌结构以及电化学性能。结果表明椰壳碳@MnO_(2)在100 mA g^(-1)的电流密度下,经过300次循环,比容量仍高达到344.6 mA h g^(-1),性能远高于商用MnO_(2)材料(64.3 mA h g^(-1));椰壳碳@MnO_(2)优异的导电性,纳米化的结构设计提高了材料利用率,减少了离子扩散路径,带来更快的离子扩散速率,提高了材料的倍率性能,具有良好的应用前景。

一种吡嗪基共价有机聚合物的制备及在水系锌离子电池正极中的应用

共价有机聚合物(COPs)是由有机小分子单体聚合而成,具有通过共价键连接的高度交联网络结构,因此展现出独特的电化学特性.在水系锌离子电池(AZIBs)领域,COPs作为电极材料,参与离子嵌入与脱嵌,因其特有的氧化还原活性位点和稳定的框架结构而备受关注.本文报道了一种新型的含有多种电化学活性位点(如吡嗪基、苯亚胺基和羰基等)的共价有机聚合物TAPT-HAT-COP,并将其用作AZIBs的正极材料.实验结果表明,该共价有机聚合物材料展现了优异的倍率性能.在0.5 A/g的电流密度下,首次放电比容量达到137 mA·h·g^(-1);在5 A/g的高电流密度下,经过4000次循环后仍能保持45.4%的容量.本文研究结果为有机正极材料的设计提供了新的思路,并可为开发先进的水系锌离子电池新型有机正极材料提供参考.

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。

水系锌锰电池电解液的电导性质研究

作为水系锌锰电池的重要组成部分之一,电解液不仅是离子传输的载体,更是参与电化学反应的活性物质,对于提升电池循环寿命和功率密度等性能具有重要影响。研究电解液的热力学性质有助于在不同工作条件下确定最优电解液的组成和质量摩尔浓度,优化电池设计,提升电池的性能。目前,已有对VOSO_(4)电解质水体系的研究,但仍缺乏对MnSO_(4)电解质的相关研究。在283.15~318.15 K条件下,测量了质量摩尔浓度为0.001~0.1 mol/kg的硫酸锰稀溶液电导率。应用Fuoss法和Shedlovsky法,获得了[MnSO_(4)]^(0)离子对的极限摩尔电导率(Λ_(0))和解离常数(K_(d))。与其他二价金属离子相比,计算结果较为可靠。根据K_(d)与温度的经验方程进行拟合,计算得到解离过程的热力学函数,并深入分析Mn^(2+)和SO_(4)^(2-)在解离过程中与水分子的水化作用。[MnSO_(4)]^(0)离子对解离的关键步骤是水分子被固定在Mn^(2+)的水化层周围,使体系秩序性增强的过程。该研究为分析锰电解液中离子作用结构,优化电解液性能提供基础理论支撑。

共价有机框架材料在水系锌离子电池正极中的应用

水系锌离子电池(AZIB)因其成本低、安全性高和环境友好等特性而备受关注。目前,AZIB正极材料主要为无机材料,其锌离子扩散动力学迟缓、库仑效率不高、循环稳定性欠佳以及环境危害性等问题,严重制约了它的应用。共价有机框架材料(COF)作为一种新型有机正极材料,以其高比表面积、高孔隙率、优异的电化学性能以及环境友好特性受到关注。本文综述了COF应用于AZIB正极中的最新研究进展,包括含羰基、含氮和其他正极材料的设计策略和性能,并探讨了当前面临的挑战和未来发展机遇。

复合多孔YSZ陶瓷隔膜在水系锌离子电池中的应用

水系锌离子电池因其优秀的安全性和较高的容量密度而受到了大量的关注,但水溶液中易快速生长的树突状锌枝晶对水系锌电池的发展构成了明显的阻碍。传统玻纤隔膜因结构稳定性较差而易受枝晶穿透。为此,通过多孔陶瓷制备工艺烧制获得了主要孔径尺寸在6μm左右、孔隙率达45.8887%的多孔YSZ陶瓷片。多孔YSZ陶瓷稳定的孔隙结构有效提升了电池的循环寿命,实验中基于多孔YSZ隔膜的水系锌离子电池在1 mA·cm^(-2)的电流密度下保持了763 h的稳定循环。同时,尝试使用界面修饰的方法对陶瓷隔膜进行改进,最终发现使用单侧覆碳称量纸作为陶瓷隔膜与电极间的修饰层能进一步提升电池的循环时长,复合陶瓷隔膜对称电池在同等电流密度下的循环时间达到了1016h。稳定的陶瓷孔隙与极低的电子导通性有效减缓了锌枝晶的生长速度,而牢固且导电的界面修饰层起到了均匀界面电场分布的作用,因此复合陶瓷隔膜表现出了优秀的水系离子电池稳定性能。

水系锌离子电池MnO_(2)正极材料的合成及其电化学性能研究综合教学实验设计

设计了水系锌离子电池δ-MnO_(2)正极材料的合成及其电化学性能综合教学实验。采用共沉淀法制备了水钠锰矿型δ-MnO_(2)材料,借助XRD、SEM和HRTEM等现代检测分析方法培养学生的科学实验技能和实践创新能力,利用电化学性能表征培养学生利用理论知识解决实际问题的能力。结合水系锌离子电池水钠锰矿型δ-MnO_(2)正极材料形貌设计这一科技前沿进展,设计的这一综合性、创新性和可操作性电化学综合实验,能够使学生在开阔视野的同时培养创新思维能力和解决问题能力,有利于达成高素质应用型人才培养目标。

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。

水系锌离子电池正极材料的制备和电化学性能研究

随着可持续能源需求的不断增长,水系锌离子电池因其安全性高、成本低廉和环境友好等优点,逐渐成为储能领域的研究热点。正极材料作为水系锌离子电池的重要组成部分,其性能直接影响着电池整体性能。因此,探索高性能水系锌离子电池正极材料具有重要的科学意义和实际应用价值。文章致力于探索水系锌离子电池正极材料制备方法,并深入研究其电化学性能,通过不同的合成方法制备多种正极材料,并利用物理表征和电化学测试手段对其结构、形貌和电化学性能做出系统分析,旨在推动水系锌离子电池在实际应用中的提升。