硅碳负极的失效机理与FEC的改善作用

采用含和不含氟代碳酸乙烯酯(FEC)的电解液,研究了一种硅碳材料作为锂离子电池负极的充放电行为,对充放电循环前后的硅碳电极进行了组成和形貌的谱学表征,并通过计算比较了电解液主要成分的还原活性。结果表明:不含FEC的电解液,硅碳负极首次充放电库伦效率低、容量衰减快,这是因为硅碳表面不能形成稳定的SEI,嵌锂后体积膨胀使SEI开裂,电解液持续分解。相反,含FEC的电解液,因FEC比电解液其他组分更容易在硅碳负极上还原,生成含氟的聚合物,形成稳定的SEI,抑制电解液还原分解,并缓冲硅碳负极的体积膨胀,从而显著提高库伦效率和循环稳定性。添加5%的FEC,硅碳负极首次充放电库伦效率从83%提高到86%;添加10%的FEC,0.2 C充放电循环50次后,硅碳负极的容量保持率从28%提高到75%。

C/Sn复合薄膜的磁控溅射制备及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能

采用磁控溅射的方法在铜箔上制备了C/Sn复合薄膜并将其作为锂离子电池负极材料,研究了C/Sn复合薄膜中Sn质量分数对其电化学性能的影响。研究发现,随着复合薄膜中Sn质量分数的增加,其首圈放电比容量增加,在一定范围内增加Sn质量分数,首圈库仑效率增加,但当Sn质量分数过多时其库仑效率降低。Sn质量分数分别为89.20%、91.61%、93.85%、95.81%的四种复合薄膜,在电流密度为500 mA/g时的首圈放电比容量分别为1195.4、1372.97、1574.86、1642.30 mA·h/g,首圈库仑效率分别为86.84%、87.88%、94.06%、80.66%。循环200圈后,四种复合薄膜的比容量衰减率分别为0.70%、6.13%、11.32%、18.88%。研究结果表明,当复合薄膜中Sn质量分数为89.20%时,其具有最优的倍率性能和循环稳定性能,随着复合薄膜中Sn质量分数的增加,其倍率性能及循环稳定性变差。

C离子对AlGaAs/InGaAs异质结的辐照影响

基于SRIM软件计算了不同能量的C离子在AlGaAs/InGaAs异质结中的平均投影射程和辐照损伤区,仿真了能量为500keV、800keV、1100keV的C离子入射到AlGaAs/InGaAs异质结中的能量损失情况,发现随着入射离子能量的增加,电离能比例增加,非电离能比例降低,入射离子产生的电离能损远大于反冲原子产生的电离能损,反冲原子产生的声子能损远多于入射离子产生的声子能损;通过仿真还发现,当C离子的能量为800keV时,辐照损伤区在异质结处且在异质结处产生的空位缺陷最多。

磷掺杂硅碳负极材料的制备及性能研究

以微米硅粉为基体,通过固相热扩散法与高温热解法制备了磷掺杂的硅碳复合材料(Si-P@C),并用于锂离子电池负极材料。结果表明:Si-P@C负极材料在电流密度0.2 A/g下的首次放电比容量达2 164 mAh/g;与纯硅相比,循环性能得到较大改善,在电流密度0.5 A/g下循环50次后可逆比容量仍有1 176 mAh/g,容量保持率73.5%。磷掺杂和碳包覆可有效地提高硅负极的电子转移能力和反应动力学。

蛋黄-壳NiCoP@N-C材料的制备及其储钠特性研究

NiCo基磷化物因其优异的导电性和较高的理论容量,被认为是最有潜力的钠离子电极材料.然而,NiCo基磷化物在钠离子嵌入/脱出时会发生严重的体积应变,导致NiCo基磷化物的倍率特性降低,循环稳定性大幅度衰减.针对这些问题,采用多巴胺包覆-煅烧-磷化处理法制备了蛋黄-壳结构的NiCoP@N-C材料,在该材料中,氮掺杂碳层有效地改善了电极材料固有的电导率和结构完整性;独特的蛋黄-壳结构显著减缓了在钠离子嵌入/脱出过程中的体积膨胀.当NiCoP@N-C作为钠离子电池负极材料时表现出优异的电化学性能.在0.1 A·g^(-1)电流密度下,循环100圈后的可逆比容量仍高达462.3 mAh·g^(-1).

智能水凝胶世界

智能水凝胶是一类具有三维网络结构的高亲水性高分子聚合物材料,能快速感知和响应环境的变化。本项目以食用海带为原料提取海藻酸,利用其与不同金属离子的交联能力不同,制得具有金属离子响应能力的海藻酸水凝胶,成功用于软硬水鉴别、维生素C和金属离子检测。项目通过设计趣味实验开展梯度科普,生动阐释智能水凝胶的形成原理和应用实例。学龄前儿童和小学生可以通过简单的操作制备出五彩缤纷的凝胶球,趣味性强。中学生和社会公众可用简单的生活器具从海带中提取海藻酸并制备出水凝胶,用于软硬水的鉴别和水果中维生素C的测定,生活化与科学性相结合,激发参与者学习化学的兴趣和热情。大学生可以通过实验研究智能水凝胶的分析检测性能,结合光度法检测铁离子和维生素C的含量,培养其综合素质。项目集趣味性、生活化和科学性于一体,层次丰富、可行性高。该项目有望助力化学从实验室走入生活,服务公众;也可推动更多人了解化学、走进化学、发展化学。

基于PKC-P2X3信号通路观察电针对神经病理性疼痛小鼠神经修复的作用机制

目的:基于蛋白激酶C(PKC)-配体门控型非选择性离子通道3(P2X3)信号通路观察电针对神经病理性疼痛小鼠神经修复的作用机制。方法:48只小鼠随机分成假手术组、模型组、针刺组与电针组,每组12只。除假手术组外,其余小鼠构建坐骨神经慢性限制性损伤(CCI)模型。术后第8天针刺组与电针组接受针刺与电针干预,连续7 d。于术前、术后3 d、5 d、7 d、10 d、12 d、14 d对各组进行机械缩足反射阈值(MWT)与热刺激缩足反射潜伏期(TWL)测试。术后15 d处死所有小鼠,HE染色观察坐骨神经组织形态,ELISA检测脊髓组织IL-1β、TNF-α水平,Western blot检测脊髓组织PKC、P2X3水平,免疫荧光检测脊髓神经元PKC、P2X3表达情况。结果:假手术组神经元细胞大小不一,细胞膜完整,细胞质呈细小颗粒状,细胞核大而圆,核仁居中清晰可见;模型组可见萎缩的神经元,有髓神经纤维紊乱,轴突肿胀,神经元间形成间隙;与模型组相比,针刺组、电针组萎缩神经元数量减少(P<0.05),有髓神经纤维排布情况改善,电针组较针刺组改善更为明显。与相同时间点的假手术组相比,术后3 d、5 d、7 d、10 d、12 d、14 d模型组、针刺组、电针组患侧后肢的MWT、TWL值明显下降(P<0.05),IL-1β、TNF-α、PKC、P2X3表达量、PKC、P2X3阳性细胞数、平均光密度值升高(P<0.05);与模型组相比,术后10 d、12 d、14 d针刺组、电针组MWT、TWL值明显上升(P<0.05),IL-1β、TNF-α、PKC、P2X3表达量、PKC、P2X3阳性细胞数、平均光密度值降低(P<0.05);与针刺组相比,术后10 d、12 d、14 d电针组MWT、TWL值升高(P<0.05),IL-1β、TNF-α、PKC、P2X3表达量、PKC、P2X3阳性细胞数、平均光密度值降低(P<0.05)。结论:电针可能减轻CCI模型小鼠神经炎症反应,降低PKC、P2X3表达水平,改善坐骨神经细胞形态与有髓神经纤维排布情况,缩小神经元间间隙,提升MWT、TWL值,缓解神经病理性疼痛程度。

液相置换法制备硅/碳复合材料及其储锂性能

通过镁热还原SiO_(2)实现了纳米硅的制备,随后通过液相置换法将其与葡萄糖复合经过热处理获得硅/碳复合材料(Si/C)。在将制备的材料作为锂离子电池的负极材料,测试发现该材料展示了优异的循环性能(在100 mA/g的电流密度下,循环50次的比容量能维持在800 mAh/g左右)、高的倍率性能(在4200 mA/g的电流密度下保持在385 mAh/g的比容量)和不错的循环稳定性(在840 mA/g的电流密度下,循环120次其容量亦能维持在约459 mAh/g),远高于纯硅和纯碳的容量。可见碳的介入有效改善了硅的导电性,提升了其储锂性能,为Si/C复合材料在高性能锂离子电池的应用提供了一种新的策略。

高镍正极锂碳负极锂离子电池制备与性能研究

为提升锂离子电池能量密度、循环寿命、快充能力和安全性等方面性能,本文研究纳米级硅碳复合负极材料合成技术,以提高硅碳材料在电池充放电过程中的首次库伦效率、改善材料的循环稳定性、增强材料导电性,并解决硅碳材料易出现的体积膨胀技术难题.通过优化配方,得到与之匹配的高比容量镍钴铝正极材料和高电导电解液,获得具备长寿命(>2000次循环)的超高能量密度锂离子电池(能量密度>350 Wh/kg),将硅碳负极材料的比容量提高至600 mAh/g以上;采用纳米技术和单分子层超薄修饰技术研发的纳米镍钴铝复合正极材料的比容量达到200 mAh/g以上;研究出匹配硅碳复合负极材料的宽温电解液配方,以保持离子的电导率和高稳定性,有效提高电池的电化学性能.对锂离子电池的结构设计、工艺控制以及极片制备技术进行进一步优化,以提升其能量密度、循环寿命和安全性,使其能够规模化地应用于动力及储能市场.

异质双碳源对LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)复合材料电化学性能的影响

采用水基流变相辅助的固相法,以异质碳蔗糖和石墨为碳源,合成了LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)/C复合材料,研究了不同石墨加入方式对所制复合材料电化学性能的影响,并对所制备的LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_(4)/C复合材料进行了X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征。结果表明,不同石墨包覆工艺对材料结构和电化学性能具有显著影响。前驱体煅烧后再加入石墨获得的样品纯度高,形貌呈均一的椭圆形,在0.1C下的放电比容量为149 mAh·g^(-1),达到其理论比容量的87%;在5C下最大的放电比容量为133 mAh·g^(-1);在2C倍率下经过300次循环后比容量维持在127 mAh·g^(-1),衰减率仅为1.9%,表现出了优良的循环稳定性。

三维Ni/NiO@C/GN复合材料的制备及其锂离子电池性能

将醋酸镍和葡萄糖溶于水中,与氧化石墨烯(GO)水悬浮液均匀混合,在180℃下水热处理24 h,再在Ar中700℃下炭化3 h,然后在空气中300℃下煅烧3 h得到三维Ni/NiO@C/GN。结果表明,水热处理过程中葡萄糖衍生的炭层将Ni(OH)2完全包裹,并在炭化过程中转化为金属Ni,部分金属Ni在空气中煅烧中被氧化为NiO。当作为锂离子电池的负极材料时,其初始容量为711.6 mA h g^(-1),300次循环后增加到772.1 mA h g^(-1)。作为对比,没有添加GO的材料的初始容量较低,仅为584.7 mA h g^(-1),300次循环后下降到148.8 mA h g^(-1)。这些结果表明炭层可以抑制Ni/NiO纳米颗粒的团聚,有效缓解锂化过程中的体积膨胀,抑制循环过程中的电极开裂。GO的加入可形成丰富的导电网络,提高导电性。较大的比表面积可增加活性位点,有利于电解液快速浸润电极材料。这些因素显著改善了Ni/NiO@C/GN负极的电化学性能。

聚丙烯酸对SiO_(x)/C电极电化学性能的影响

硅基负极在循环过程中由于较大的体积膨胀,容易导致开裂。以羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)(质量比为1∶1)为基础黏结剂,通过电化学阻抗谱测试、SEM分析和剥离测试,研究添加聚丙烯酸(PAA)对SiO_(x)/C电极电化学性能的影响。添加适量PAA后,电极的电化学稳定性以及电极活性物质与集流体的剥离强度增强,缓解了电极在循环过程中组分的脱落。当CMC、SBR与PAA的质量比为1∶1∶1时,SiO_(x)/C电极组装的电池的循环稳定性和倍率性能均得到提升:在0.05~1.50 V充放电,与采用基础黏结剂相比,添加PAA后的电池,以0.2 C循环100次的容量保持率由67.10%提高到80.92%;2.0 C和3.0 C比容量分别提高48.17%和59.70%。

Fe_(2)O_(3)/C锂离子电池负极材料的制备及电化学性能研究

以纳米Fe_(2)O_(3)和乙炔炭黑为原料,通过加入不同质量分数(25%,35%,45%,55%)的乙炔炭黑制备出了Fe_(2)O_(3)/C负极材料,研究了乙炔炭黑占比对Fe_(2)O_(3)/C负极材料的晶体结构、微观形貌及电化学性能的影响。结果表明,Fe_(2)O_(3)/C负极材料具有较高的结晶度,属于六方晶系结构,呈现出微球状颗粒,掺入适量的乙炔炭黑后改善了Fe_(2)O_(3)颗粒分布的均匀性,Fe_(2)O_(3)纳米颗粒被乙炔炭黑连接起来,形成了致密均匀的网格结构。以Fe_(2)O_(3)/C为负极材料制备了CR2025型纽扣电池,随着乙炔炭黑掺杂量的增大,Fe_(2)O_(3)/C负极材料的首次放电容量表现出先增大后降低的趋势,当乙炔炭黑的掺杂量为45%(质量分数)时,Fe_(2)O_(3)/C负极材料的首次放电容量达到最大值483.6 mAh/g。随着循环次数的增加,电池放电比容量衰减逐渐增大,放电过程中电压在0.15 V附近出现了较宽的放电平台,在达到30次充放电循环时,当乙炔炭黑的掺杂量为45%(质量分数)时,Fe_(2)O_(3)/C负极材料的放电比容量降低至115.6 mAh/g,保持率最高为23.91%,经过0.5,1.0,2.0和3.0 C的电流密度放电后,再将电流密度给定到0.5 C时,电池的放电容量变化较小,具有优异的倍率性能。

薄荷醇通过调节角质形成细胞内钙离子浓度而产生促透作用

目的研究薄荷醇促透作用的可能机制。方法原代培养人角质形成细胞,考察薄荷醇对KC细胞连接紧密性的影响,流式细胞术测定对KC细胞内Ca^(2+)浓度的影响,试剂盒法测定对KC细胞内Ca^(2+)-ATP酶活性、PLC活性、PKC活性和ATP含量的影响,考马斯蓝染色测定对KC微丝骨架结构的影响。结果与空白对照组相比,薄荷醇能明显降低KC间连接紧密性、Ca^(2+)-ATP酶活性和ATP含量,增加细胞内Ca^(2+)浓度、PLC活性和PKC活性,KC细胞间隙明显增加。与200μmol·L^(-1)薄荷醇组相比,联合使用PLC阻滞剂U73122和钙离子通道阻滞剂硝苯地平后,均能增加KC间连接紧密性,降低胞内Ca^(2+)浓度。结论薄荷醇通过增加KC胞内Ca^(2+)浓度发挥促透作用,这与其增强PLC活性、促进外源性Ca^(2+)内流有关。

活血化瘀汤保留灌肠联合离子透药疗法治疗气滞血瘀型慢性盆腔炎临床研究

目的:观察在奥硝唑氯化钠注射液治疗基础上加用活血化瘀汤保留灌肠联合离子透药疗法治疗气滞血瘀型慢性盆腔炎(CPID)的临床疗效。方法:选取88例气滞血瘀型CPID患者,按随机数字表法分成对照组和研究组各44例。对照组给予奥硝唑氯化钠注射液治疗,研究组在对照组基础上给予活血化瘀汤保留灌肠联合离子透药疗法治疗,2组均治疗2周,随访6个月。比较2组临床疗效、中医证候积分、血清C-反应蛋白(CRP)水平及复发率。结果:治疗1周、2周,2组下腹疼痛、腰骶胀痛、月经异常、带下异常积分均较治疗前降低(P<0.05),研究组下腹疼痛、腰骶胀痛、月经异常、带下异常积分均低于同期对照组(P<0.05)。研究组临床疗效总有效率90.91%,高于对照组72.73%(P<0.05)。治疗1周、2周,2组血清CRP水平均较治疗前降低(P<0.05),研究组血清CRP水平均低于同期对照组(P<0.05)。随访6个月,研究组无复发,对照组复发率15.63%,2组比较,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:在奥硝唑氯化钠注射液治疗基础上加用活血化瘀汤保留灌肠联合离子透药疗法治疗气滞血瘀型CPID效果显著,有助于缓解临床症状、减轻炎症反应、减少复发。

基于水溶性煤沥青的MnO@C复合材料的制备及储锂性能研究

目的制备出具有高容量、良好的倍率性能和循环稳定性的MnO@C复合电极材料。方法使用水溶性煤沥青及KMnO4为原料,通过水热法制备出Mn3O4@C前驱体。然后经过高温碳热还原制备MnO@C复合电极材料。通过SEM、XPS、XRD和Raman等分析技术对MnO@C复合材料的形貌、表面、结构等进行表征,并使用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗等电化学分析技术对其电化学性能进行了评价。结果TEM和SEM结果表明,制备的水溶性煤沥青表面丰富的含氧官能团与MnSO4溶液中的Mn2+之间有较强的相互作用,提供成核位点,进而促进了后续MnO@C材料中纳米颗粒的形成和均匀生长。这些纳米粒子的形成又起到了提升MnO@C电化学性能的作用。XRD、Raman和XPS结果表明,Mn3O4@C前驱体经过高温碳热还原反应生成MnO@C后,在MnO表面和包覆的碳材料之间生成了大量的Mn—O—C键。电化学结果表明,MnO@C电极在0.1 A/g电流密度下循环100圈后具有606.47 mAh/g较高的储锂容量,即使是在0.5 A/g大电流密度下循环400圈后仍具有293.83 m Ah/g的储锂容量。同时,电化学测试也表明,MnO@C复合材料具有非常好的倍率性能。结论使用鞍钢产的煤沥青根据混酸法制备了水溶性煤沥青。通过使用水溶性煤沥青和KMnO4成功地制备了Mn3O4@C前驱体。以Mn3O4@C前驱为原料,通过高温碳热还原法制备了MnO@C复合材料。在MnO表面包覆碳层不仅提供活性位点而且起到限制在充放电过程中MnO体积膨胀的作用。特别值得注意的是,Mn—O—C键构筑了MnO和碳层之间的快速导电通道,提升了电极反应动力学。

混凝土内源氯离子固化的研究进展

海洋工程建设中,海砂、珊瑚砂等原料中富含一定的氯盐,在配制过程中,原料中的氯离子进入钢筋混凝土引起内部侵蚀,导致钢筋混凝土结构失效。大量试验表明,水泥水化产物C-S-H凝胶和Friedel’s盐在提高水泥基材料内源氯离子固化能力、降低钢筋锈蚀风险等方面发挥着重要作用。水泥矿物、掺合料、外加剂、类AFm相材料的存在影响着C-S-H凝胶和Friedel’s盐的生成,进而改变水泥基材料的氯离子固化能力。本文综述了上述影响下C-S-H凝胶和Friedel’s盐的变化,进而分析了水泥混凝土中内源氯离子的固化效果,为采用氯离子固化材料解决钢筋混凝土氯离子侵蚀问题提供参考。

LiMn_(2)O_(4)-PPy双电极高效协同电控提取盐湖锂离子

电控离子交换(Electrochemically switched ion exchange,ESIX)系统内对电极具有保持溶液电中性、增强提锂效果且使系统形成闭合回路的关键作用。在ESIX技术盐湖提锂过程中人们主要关注锂离子捕获电极,关于对电极的研究较少。而本文研究了不同类型对电极对ESIX系统提锂性能的影响。分别采用聚吡咯/导电炭黑/聚偏二氟乙烯(PPy/C/PVDF)、活性炭/导电炭黑/聚偏二氟乙烯(AC/C/PVDF)和石墨板电极作为ESIX系统中锰酸锂/导电炭黑/聚偏二氟乙烯(LiMn_(2)O_(4)/C/PVDF)提锂膜电极的对电极,考察了这3种ESIX系统在氯化物型高镁锂比模拟卤水(Mg/Li~50)中的提锂性能。结果表明,当PPy/C/PVDF作为对电极时可有效吸附卤水中Cl^(-),且ESIX系统提锂性能最优,Li^(+)吸附量为13.9 mg/g;当PPy/C/PVDF电极湿膜厚度增加至1 mm时,ESIX系统对Li^(+)的提取率可达44.2%,Li^(+)/Mg^(2+)分离因子可达56.82。因此,针对不同的阴离子型盐湖卤水设计匹配的对电极对ESIX技术在盐湖提锂领域的发展具有重要的理论指导意义。

预锂化在SiO_(x)@C负极材料中的应用研究

通过正硅酸乙酯水解、蔗糖热解包覆制备了锂离子电池SiO_(x)@C负极材料。为了减少SiO_(x)@C在首次循环中的不可逆容量损失,采用SiO_(x)@C与金属锂片直接接触的方法对其进行预锂化,考察了不同预锂化处理时间对材料电化学性能的影响,研究了预锂化处理前后材料表面形貌和组成成分的变化,分析了预锂化处理在材料中的作用机理。结果表明,预锂化处理3min后,SiO_(x)@C的首次库伦效率已达到99.2%,高于未预锂化的63.9%,而且仍然表现出较高的循环稳定性。通过SEM、XPS、容量微分曲线、交流阻抗谱等分析,发现预锂化处理过程中SiO_(x)@C已发生不可逆转化反应,并在材料表面形成了SEI膜,从而达到减少首次循环中不可逆容量损失的目的。

氮掺杂纳米碳包覆MnO复合材料的制备与电化学性能

利用静电引力在MnO_(2)纳米线表面吸附盐酸处理的三聚氰胺(H-melamine),H-melamine和MnO_(2)纳米线的质量比分别为1∶1,3∶1,5∶1,然后进行退火以制备氮掺杂纳米碳包覆MnO(MnO@N-C)复合材料,研究了复合材料的物相组成、微观结构和电化学性能。结果表明:退火处理使得MnO_(2)纳米线和包覆在其表面的H-melamine分别转变为MnO及氮掺杂碳材料,得到的MnO@N-C复合材料呈现串珠状形貌;当H-melamine与MnO_(2)纳米线的质量比为3∶1时,复合材料的电化学性能最佳,在1 A·g^(-1)电流密度下表现出1050 F·g^(-1)的超高比电容,并且在3 A·g^(-1)电流密度下经6000次充放电循环后具有75%的容量保持率。以复合材料为正极、活性炭为负极组装的锌离子混合超级电容器的工作电压范围可达0~2.0 V,且表现出72 W·h·kg^(-1)的能量密度;在3 A·g^(-1)的电流密度下经过5000次循环后,超级电容器仍能保持88%的初始比电容。