金属网格-透明导电氧化物复合型透明电极的瑞利分析和仿真

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的需求量,并为可穿戴设备所需的柔性电极提供可能方案.对此类电极的电学性能分析,如复合电极方阻随金属网格结构参数的变化,可为电极设计与制备提供基本的出发点,但相关理论尚十分缺乏.本文针对典型的方孔方格型金属网格-TCO复合电极,分别展开基于瑞利模型和基于有限元仿真的电学性能分析.结果表明,孔型近似导致的金属通道显著畸变是复合电极的电学计算中瑞利模型在中高开口率下失效的主要原因.据此,我们采用格型修正,通过提升瑞利模型中的原胞外边界对称性来改善金属通道的畸变.与电极仿真的对比表明,修正后瑞利模型的适用范围明显扩大,其结果可与实验数据很好地拟合,为此类复合透明电极的电学数据分析与结构设计提供了简洁高效的理论工具.

MnFePBA/rGO/CC复合电极的制备及电化学电容性能

采用共沉淀法在氧化石墨烯(GO)表面原位生长锰铁普鲁士蓝类似物(MnFePBA)纳米颗粒,获得不同MnFePBA和GO质量比(1:0.1,1:0.3,1:0.5)的复合粉体;采用超声喷涂法将MnFePBA/GO复合粉体涂敷在预热的碳布(CC)基底上,并借助化学还原将GO转化成还原氧化石墨烯(rGO),制备出MnFePBA/rGO/CC复合电极,研究了复合电极的微观结构和电化学电容性能。结果表明:当MnFePBA与GO的质量比为1:0.1时,MnFePBA颗粒发生团聚;当二者的质量比为1:0.5时,GO纳米片出现明显堆叠;当二者的质量比为1:0.3时,GO与MnFePBA均匀复合,所制备的MnFePBA/GO/CC复合电极具有最高的比电容、最小的内阻及最快的离子扩散速率,电化学性能最优。当MnFePBA和GO质量比为1:0.3时,化学还原法制备的MnFePBA/rGO/CC复合电极在1 A·g^(-1)电流密度下的比电容由化学还原前的888 F·g^(-1)增加到1032 F·g^(-1);当电流密度从1 A·g^(-1)增大到10 A·g^(-1)时,比电容保持率由化学还原前的44.93%提升至54.55%,且在7 A·g^(-1)电流密度下经过3000圈循环后的比电容保持率仍为94.78%。

多步法原位制备TiB2颗粒增强点焊电极用铜基复合材料及其应用

为提高点焊电极的使用寿命,采用多步法制备TiB2增强的铜基复合材料。采用X射线衍射(XRD)、金相显微技术、扫描电镜(SEM)等表征手段对多步法制备的TiB2增强的铜基复合材料物相、微观形貌进行分析。通过对复合材料力学性能指标测量发现,多步法制备所制备的铜基复合材料具有较好的综合力学性能,将多步法制备的铜基复合材料加工成点焊电极,其寿命测试结果相较于其它对比样最高,寿命达到1500个焊点,是普通铬锆铜点焊电极寿命的2.6倍。

无机酸掺杂聚苯胺/碳纤维复合海洋电场传感器电极

碳纤维电极具有成本低、化学稳定性好、性能可调控等优点,可用于开发高性能海洋电场传感器.利用电化学原位聚合法制备盐酸、硫酸、磷酸掺杂的聚苯胺/碳纤维(PANI/CF)复合电场电极,提高其电化学性能与电场响应性能.结果表明:碳纤维表面生成致密的导电聚苯胺膜,并在循环伏安测试中出现特征氧化还原峰;电化学阻抗分析显示PANI/CF复合电极低频(0.01 Hz)阻抗值至少降低为空白电极的1/118,利于对水下微弱电场信号进行响应.在电场响应性能测试中,盐酸掺杂PANI/CF复合电极电位漂移量最低达1.77 mV/d;能够较好地响应1 mV/10 mHz的低频率低强度电场信号;误差线性度最小值为0.111%,在同类电极中具有最好响应灵敏度.该新型复合电场电极制备方法简单、成本低廉,有助开发新一代低成本、高性能海洋电场传感器.

原位构建CoS/Ni_(3)S_(2)复合电极及储能研究

本文将循环伏安电沉积和计时电流法相结合,以泡沫镍作为电极基底,原位制备了CoS/Ni_(3)S_(2)复合电极。底层沉积的CoS纳米片既作为活性电极组分,也为顶层Ni_(3)S_(2)的沉积提供支撑和更大的沉积空间,进而形成了丰富的电化学活性位。在CoS和Ni_(3)S_(2)组分的协同作用下,CoS/Ni_(3)S_(2)复合电极展现了显著增强的赝电容特性,在2mA·cm^(-2)的放电电流密度下,比容量为1.13F·cm^(-2),库伦效率为99.61%,5000次充放电循环后,比容量为初始值的81.48%。

电火花加工金刚石-镍复合电极制备参数优化研究

研究了化学复合镀镀液的制备参数对复合电极制备的影响,阐述了金刚石微粉预处理步骤。分析了金刚石微粉的等效粒径对复合电极镀层的影响,得出最佳镀层金刚石等效粒径为10μm。进行了镀液温度变化下的复合电极制备速度关系试验,得出最佳制备温度为74~76℃。对制备的电极进行加工试验,结果表明:参数优化复合电极的电极角损耗比普通紫铜电极降低了74.74%;参数优化复合电极的电极角损耗比参数未优化复合电极降低了57.29%。

电沉积法制备Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极及储能特性研究

本文采用两步电沉积技术,以泡沫铜为基底,原位制备了Cu(OH)_(2)/镍钴双金属硫化物(Ni-Co-S)复合电极材料。先采用恒电流沉积技术将泡沫铜表面氧化,得到Cu(OH)_(2),泡沫铜同时作为电极基底和铜的唯一来源,再通过恒电位沉积,将Ni-Co-S均匀覆盖在Cu(OH)_(2)表面。Cu(OH)_(2)一方面作为活性电极组分参与氧化还原反应,同时作为底层材料,为顶层Ni-Co-S的沉积提供较大的沉积空间,进而形成了更丰富的电化学活性位。基于这种原位电沉积技术以及Cu(OH)_(2)与Ni-Co-S组分的协同作用,Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极表现出增强的赝电容特性,在2mA·cm^(-2)的放电电流密度下,比容量为4.88 F·cm^(-2),库伦效率为88.12%,5000次充放电循环后,比容量保持在初始值的86.38%。

以稻壳热解炭制备镧负载多孔炭复合电极材料

利用稻壳热解炭为原料制备镧负载多孔炭复合电极材料(La/PCs),先将稻壳热解炭分离出炭前驱体,再采用原位活化/负载的方法制备一系列镧负载多孔炭复合电极材料,分别考察了煅烧温度和浸渍比对其吸附性能和电化学性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜/X射线能谱仪(SEM-EDS)和Brunauer-Emmett-Teller比表面积(BET)法研究了该系列镧负载多孔炭复合电极材料的金属结构与价态、元素组成及表面形貌,并分析了孔结构与电容值之间可能存在的关系.结果表明,在6 mol/L KOH电解液中,La/PC_900/10材料的电容值为269.45 F/g.在电流密度为0.5 A/g时,由其组装的对称超级电容器具有23.45 W·h/kg的能量密度,此时的功率密度为0.70 kW/kg,并且循环5000次后的电容保持率为86.41%.La/PC_900/10良好的电容性能显示了其作为碳基电极应用于高性能超级电容器的潜力.研究结果为稻壳热解炭的利用和镧在新能源材料领域的应用提供了一条可行路径.

不同Pt与Ni质量比的Pt-Ni复合电极析氢性能实验

为降低PEM制氢Pt电极成本,采用电化学沉积法制备以泡沫镍为基材微量Pt沉积的Pt-Ni复合电极。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光谱仪对制备的Pt-Ni复合电极进行表征,采用电化学工作站和PEM电解池对Pt与Ni质量比分别为1∶7、1∶11、1∶12、1∶14和1∶23的5种不同复合电极及泡沫镍电极的析氢性能进行电化学对比分析实验和PEM制氢对比实验。结果表明:以泡沫镍为基材,采用电化学沉积法制备的Pt-Ni复合电极性能稳定,沉积Pt质量的多少对Pt-Ni复合电极的析氢性能有较大影响;存在一个最佳Pt与Ni质量比,实验条件下的最佳Pt与Ni质量比为1∶12,沉积Pt量过多和过少都会使其析氢性能降低,过多造成的Pt沉积堆叠相比较少对析氢性能的影响更加明显。在制备微量Pt沉积的Pt-Ni复合电极时,要坚持以最佳Pt与Ni质量比为基准和沉积Pt量“宁少毋多”的原则,实际工程应用中应避免“沉积Pt量越多电极性能越好”的误区。

超级电容器电极用Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的研究进展

碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))作为一种MXene材料,具有独特的结构和优良的导电性、稳定性以及优越的电化学性能,常被用作超级电容器电极材料。本文结合碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))材料层状结构的特性,梳理了超级电容器电极用Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的研究进展,重点阐述了Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的结构、性能、制备以及通过不同技术手段与多类材料复合后的电化学性能;归纳了Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料性能提升的原因,包括增大层间距、提供更多活性位点、提高坚韧性等;最后指出Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的未来研究重点,如探究新的基体母相、丰富刻蚀方法、改进现有复合材料、探究更多更高效的复合材料等。

CBC@rGO复合电极材料的制备及其电化学性能

为了研发高效降解水中苯酚的电化学技术,将玉米芯生物质炭(CBC)负载于导电性能好的还原氧化石墨烯(rGO)上,制备得到高性能复合电极材料CBC@rGO。通过循环伏安测试CBC@rGO的电化学性能,通过扫描电子显微镜仪器、BET比表面积及孔径分析仪和X射线光电子能谱分析仪等表征物化性能,探讨CBC@rGO高效降解水中苯酚的影响规律;基于电化学降解实验,获得CBC@rGO对水中苯酚的最佳去除效果。结果表明:CBC@rGO的最大比电容为125.82 F/g(扫描速率为10 mV/s),与其比表面积、总孔容量及F-C-F键强度成正比;0~10 min内,CBC@rGO对苯酚的降解速率(k=0.025 81 L·mol^(-1)·s^(-1))明显高于CBC和rGO。由此,CBC@rGO作为一种绿色高效的电极材料,可明显提高其导电能力并解决石墨烯纳米材料的团聚问题,为水中苯酚的高效去除提供了新的技术和方法。

电极结构对短电弧-电化学复合加工深窄槽影响研究

深窄槽结构具有尺寸小、深宽比较大的特点,狭小的加工区域存在排屑不畅、散热效果差等问题。为解决深窄槽加工过程中排屑困难的问题,提出通过优化电极结构来提升深窄槽短电弧-电化学复合加工的稳定性。分别设计单孔、多孔及螺旋3种管状电极结构,对不同电极结构加工时的间隙流场状态进行仿真研究。对比不同电极结构极间介质流速与压力的分布状态,并对仿真结果进行实验验证,探究电极结构对短电弧-电化学复合加工性能包括加工效率、尺寸精度、表面质量等指标的影响。实验结果表明:螺旋电极结构相比于单孔电极和多孔电极更能改善极间的流场状态,在保证深窄槽尺寸精度的情况下提高了加工效率与表面质量。

NiMoS_(4)@MoS_(3)复合电极的制备及电化学性能研究

采用三步水热法成功制备了以泡沫镍为基底的NiMoS_(4)@MoS_(3)复合电极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究电极材料的物相结构和微观形貌,通过循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学交流阻抗谱(EIS)对电极材料的电化学性能进行测试。研究结果显示,NiMoS_(4)@MoS_(3)复合电极的充放电持续时间可以达到5 600 s,复合电极的比电容在1 mA/cm^(2)下达到4 744 mF/cm^(2)。另外,复合电极的循环伏安曲线拥有较为对称的氧化还原峰,充放电曲线表现出较为对称的充电/放电平台,表明其拥有出色的充放电效率和稳定性。此研究为设计和制备高性能的电化学储能材料提供了新的思路。

复合材料电极微细电火花加工表面微沟槽结构

表面微沟槽结构广泛应用于国防、电池反应堆、集成电路等领域。由Cu箔、CuSn合金箔和Sn箔三类材料构成的Cu-Sn复合材料微电极,可在工件表面获得具有复杂断面轮廓的微沟槽,故提出了Cu-Sn复合材料微电极的制备工艺并将其应用于表面微沟槽结构的微细电火花加工,建立了复合材料微电极的损耗模型,通过实验分析了复合材料微电极电火花磨削成形的过程。以上述研究为基础,采用厚度0.1 mm的Cu箔、厚度0.1 mm的均质CuSn合金箔和厚度0.3 mm的Sn箔制备复合材料微电极,并在180 V加工电压、26μs脉冲宽度和11μs脉冲间隔的作用下,对复合材料微电极进行电火花磨削成形并将其应用于Ti-6Al-4V的微细电火花加工。结果表明:Ti-6Al-4V表面获得了两种类型的微沟槽阵列结构,从而验证了所提工艺的可行性。

基于Fluent的电火花加工气泡分布对复合电极损耗的影响研究

在电火花铣削加工中,电极的形状损耗一直是限制加工精度的重要因素。而加工过程中气泡的产生及运动不仅影响电极放电,也影响电极损耗。为此,采用气液二相流仿真技术模拟气泡在一种复合电极表面区域内的运动,将不同尺寸电极下气泡的运动倾向进行比较与分析,首先绘制并调整电极模型,对内外电极的多个外缘进行圆角处理,以模拟电极在加工过程中的磨损情况;接着,调整电极模型的内外电极间隙尺寸及底面高度差,进行多组正交仿真实验;最后,比较和分析气泡在不同模型条件下的流动倾向与分布规律,讨论各因素对气泡产生及运动的影响。

聚吡咯包覆的硒化铁复合材料电极的制备及其电化学性能

以普鲁士蓝(PB)作为前驱体,通过固相烧结法在氮气环境中制备FeSe_(2)材料,结合聚吡咯(PPy)优良的导电性能,利用原位氧化聚合法包覆聚吡咯,设计出了FeSe_(2)@PPy复合材料。在三电极体系中,以2 mol/L KOH溶液为电解液、FeSe_(2)@PPy复合材料为工作电极、Hg/HgO电极为参比电极,FeSe_(2)@PPy复合材料表现出了优良的电化学性能:在0.5 A·g^(-1)电流密度下的比电容高达1177 F·g^(-1)。同时也测量了FeSe_(2)@PPy复合材料电极的循环性能:在0.5 A·g^(-1)电流密度下,经过3000次充放电测试后比电容保持率为90.5%。电化学测试结果表明该复合材料在超级电容器应用方面具有一定的优势。

rGO/Ag复合修饰电极的微生物燃料电池对五氟磺草胺的降解效果

为研究微生物电池在浓药降解方面的应用,以纳米银(rGO/Ag)复合修饰/石墨毡(graphite felt,GF)电极作为阳极,研究双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的产电性能及其对五氟磺草胺降解的影响。结果表明:以Desulfovibriode sulfuricans为产电菌,初始五氟磺草胺质量浓度为10mg/L时,经rGO/Ag复合修饰MFC的GF阳极后,MFC的产电性能及对五氟磺草胺的降解作用皆有所提高,其中,分别以GF电极和rGO/Ag/GF复合电极为阳极时,MFC的双电层电容量分别为1.46×10^(-3)和3.85×10^(-3)mF,电子转移阻抗分别为114和61Ω,五氟磺草胺降解率分别为53.6%和67.3%。改变初始五氟磺草胺浓度和酸碱度可以影响MFC产电性能和五氟磺草胺降解作用,初始五氟磺草胺浓度为5 mg/L时,MFC的最大功率密度和五氟磺草胺的降解率分别为136.8 mW/m^(2)和70.5%,但随着初始五氟磺草胺浓度增加,其产电性能和降解作用会受到一定程度的抑制。初始酸碱度为弱碱性和中性条件时,MFC的产电性能及降解作用较高,其功率密度和降解率分别145.5 mW/m^(2)和71.4%,研究表明,MFC可以利用五氟磺草胺作为燃料,在降解的过程中同时产生电能。研究结果可为实现五氟磺草胺高效降解的同时提高MFC产电性能提供理论依据。

肌电监测泡沫/镀银针织物复合干电极的制备及性能评价

通过热压工艺将3种商业化镀银针织物(经绒镀银织物、经平镀银织物、双罗纹镀银织物)电极布与泡沫结合,制备泡沫/镀银针织物复合干电极,并评价复合干电极的电气性能及肌电监测性能。研究结果显示:布面平整且厚重的经绒泡沫/镀银针织物复合干电极的方阻、交流阻抗及皮肤-电极接触阻抗值均最小,其电气性能优于其他2种泡沫/镀银针织物复合干电极;3种泡沫/镀银针织物复合干电极均能分辨不同肌力下的肌电信号,且在哑铃锤式弯举测试中,它们的肌电监测性能与传统电极相当,表明泡沫/镀银针织物复合干电极能够用于日常动态肌电监测。

Co-Ni-S/MXene复合电极材料的制备及其超电容性能研究

采用两步水热法,将Co-Ni-S与Mo_(2)TiC_(2)MXene结合,呈褶皱状薄层的MXene均匀地包覆在Co-Ni-S蜂窝状片层表面,成功制备出复合电极材料Co-Ni-S/MXene。电化学性能研究表明,得益于MXene的本征高导电性,复合电极材料Co-Ni-S/MXene展示出比Co-Ni-S更高的比电容和倍率性能及较低的电荷转移和离子扩散电阻。此外,Co-Ni-S/MXene具有良好的稳定性和库伦效率,是优异的超级电容器电极材料。

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)柔性电极的研究进展

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)是一种电活性的智能软材料,由离子交换薄膜及其上下表面的柔性电极组成,其中柔性电极的优异性能对于提升IPMC的驱动和传感性能至关重要。目前专门针对IPMC传感的电极研究相对较少,而适用于IPMC驱动的电极一般也满足其传感的电极要求,因此本文从IPMC柔性电极的材料筛选、制备和柔性电极对驱动性能的提升策略方面综述了IPMC柔性电极的国内外研究进展。首先,简单概述了IPMC智能软材料的组成及其驱动、传感机理;其次,归纳整理了IPMC电极材料的种类和各类电极材料面临的问题,如金属电极易疲劳开裂且比电容较低的问题,导电聚合物电极的电导率较低等问题;最后,重点综述了改性柔性电极在提升IPMC驱动性能方面的研究进展并展望了其发展趋势,理想的IPMC柔性电极应兼具较高的电导率、较大的比电容和优异的稳定性特点,以期为IPMC智能软材料的开发和应用提供参考。