还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能

二氧化钛(Ti O2)作为有前景的钠离子电池负极材料,具有良好的循环稳定性,但由于其导电率较低,而导致容量和倍率性能不佳限制了其实际应用.本文采用喷雾干燥技术制备了氧化石墨烯/纳米Ti O2复合材料(GO/Ti O2),通过热处理获得还原氧化石墨烯/Ti O2复合材料(RGO/Ti O2).电化学测试结果表明,还原氧化石墨烯改性的RGO/Ti O2复合材料的电化学性能得到显著提升,RGO含量为4.0%(w)的RGO/Ti O2复合材料在各种电流密度下的可逆容量分别为183.7 m Ah?g-1(20 m A?g-1),153.7 m Ah?g-1(100 m A?g-1)和114.4 m Ah?g-1(600m A?g-1),而纯Ti O2的比容量仅为93.6 m Ah?g-1(20 m A?g-1),69.6 m Ah?g-1(100 m A?g-1)和26.5 m Ah?g-1(600m A?g-1).4.0%(w)RGO/Ti O2复合材料体现了良好的循环稳定性,在100 m A?g-1电流密度下充放电循环350个周期后,比容量仍然保持146.7 m Ah?g-1.同等条件下,纯Ti O2电极比容量只有68.8 m Ah?g-1.RGO包覆改性极大提高了Ti O2在钠离子电池中的电化学嵌钠/脱钠性能.RGO包覆改性技术在改进钠离子电池材料性能中将有很好的应用前景.

高电位LiNi0.5Mn1.5O4正极材料制备、电化学性能与结构相变

尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4因其可在4.7 V高电位下工作并有良好的循环特性,已成为最具潜力的高能量密度锂离子电池正极材料。本文首先采用喷雾干燥辅助烧结法制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,考察了热处理条件对材料结构与性能的影响。用XRD、SEM和FT-IR等技术对所制备的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的结构和表面形貌进行表征,利用原位XRD技术研究了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料在充放电过程中结构相变规律。结果表明,所制备的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料均具有Fd-3m空间群的立方相尖晶石型结构,并具有优异的电化学性能,其0.1 C时首次放电容量为132 mA·h/g,首轮库仑效率93.48%,高倍率下该材料的电化学性能优越。原位XRD测量结果分析表明,尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料在充电过程中存在4个显著的相变过程,在嵌脱锂过程中,从四面体相向立方相结构相变过程是可逆的。

Li_3Ti_4CrMO_(12)负极材料制备及其电化学性能

基于Li_4Ti_5O_（12）结构,设计双离子取代反应,制备了3种新型锂离子负极材料Li_3Ti_4CrMO_（12）（M=Ni、Ca、Mg）,这些取代型负极材料具有与钛酸锂相同的晶体结构.使用球磨、喷雾造粒以及固相合成工艺制备出一次粒子为200~300nm,二次颗粒为多孔球形的新型负极材料Li_3Ti_4CrMO_（12）,并对其电化学性能进行了测试.循环充放电试验结果表明,制备的3种材料中,镁铬钛酸锂（Li_3Ti_4CrMgO_（12））具有较高的放电比容量和较好的循环稳定性,0.2C下首次放电比容量达158.6mA·h/g.10次循环后,放电容量为148.1mA·h/g,充电容量为149.1mA·h/g,容量保持率和库伦效率均在99%以上,显示了潜在的应用价值.循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）分析表明,上述优良性能来自于Mg、Cr取代后导致的材料界面电阻的下降.

固态锂硫电池综述:从硫正极转化机制到电池的工程化设计

锂硫电池具有超高的理论能量密度(2567Wh·kg^(-1)),且其实际能量密度最高可达600Wh·kg^(-1)。然而,液态体系的Li-S电池和传统锂电池一样存在着安全隐患。用固态电解质取代电解液有望提高锂电池的安全性能,在近二十年受到了广泛的研究。对于固态锂硫电池来说,除了由于正极材料本身的不同带来的转化机制上的差别,固态电解质的物理化学性质也会显著影响其电化学行为。这篇综述分类讨论了已报道的不同固态锂硫电池体系在性能上的优缺点及其中主要的失效机制,对其能量密度低、循环稳定性差的原因及改善电池综合性能的策略进行了归纳分析,旨在从固态锂硫电池微观机制到全电池水平的工程化设计提供全面的理解,推动固态锂硫电池的进一步发展。

新型移动式钠离子电池储能系统设计与研究

报道了一种新型移动式钠离子电池储能系统,其核心储能器件为钠离子电池,采用自制的NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_2为正极材料,负极材料为硬碳。采用XRD、DSC等对正极材料的结构和热稳定性进行分析表征。设计制作了1 A·h软包型钠离子电池,对其电化学性能与安全性进行测试。在此基础上设计了钠离子电池包以及基于钠离子电池的0.1 kW·h新型移动式储能系统。该系统在家用储能、军事电源、低速电动车上有良好的应用前景。

共晶提升纯有机材料室温磷光余辉性能

纯有机超长寿命室温磷光(p-RTP)材料因其独特的光物理性质,低成本,结构可设计性及其在生物影像、疾病诊疗、传感与防伪加密等领域的应用前景引起了广泛关注.然而,要实现兼具高效且颜色可调的p-RTP余辉发射,仍颇具挑战.受簇聚诱导发光(CTE)机理启发,选用三聚氰胺(MA)和环酰脲化合物海因(HA)及二氢尿嘧啶(DHU)作为电子给体和受体,采用共晶策略制备了1∶1计量组成的共晶.较MA、HA及DHU单组分晶体而言,共晶展现出更好的p-RTP颜色可调性及更长寿命,这是共晶中广泛存在C=O、孤对电子、多重氢键、适当电荷转移及多重簇发光中心等协同作用的结果,并进一步展示了这些共晶材料在高端防伪保密领域的应用.

一种高效稳定的高熵合金电催化剂用于析氢反应

水分解是一种利用可再生能源驱动的绿色制氢方法,零碳排放特性使其成为解决氢能源生产的重要途径.在电化学水分解中,制备高活性和稳定性的催化剂至关重要.高熵合金(HEAs)由于独特的结构和性能使其成为理想的催化剂材料,其多元成分和可调组成提供了丰富的表面活性位点和灵活的催化特性,有望提高水分解的效率并降低成本.然而,简易高效地制备HEAs仍面临挑战,且目前对HEA催化剂的结构-活性关系的了解存在不足.因此,探索一种简便有效的方法用以制备高性能HEAs催化剂,并深入理解其在水分解反应中的作用机制和结构演变,能够为未来绿色制氢技术的发展提供重要的科学基础和技术支持.本文采用了电化学测量、CuK-边和PtL3-边的原位同步辐射X射线吸收光谱(XAS)测试以及密度泛函理论(DFT)计算相结合的方法,系统地研究了高熵合金电催化剂PtPdRhRuCu/C的析氢反应(HER)活性、反应机制以及结构演变规律.PtPdRhRuCu HEAs纳米颗粒由简便的一步溶剂热法制备,直径约为6.7±0.6 nm,其合金结构和元素分布通过多种表征手段(扫描透射电子显微镜、X射线衍射和能量色散X射线光谱等)得到确认.XAS对Cu K-边和PtL3-边的分析结果显示,HEAs纳米颗粒表面的少量铜氧化物在HER过程中被还原至金属态.扩展X射线吸收精细结构的拟合结果表明,HEAs在工况HER中保持了金属态和无序的原子排列,没有新的分离相形成.电化学测试结果表明,得益于多金属活性位点,PtPdRhRuCu/C催化剂在酸性和碱性条件下均表现出较好的HER活性和耐久性.在10 m Acm^(-2)的电流密度下,该催化剂在1molL^(-1)KOH中具有23.3 m V的极低过电位,优于商业Pt/C催化剂(50.3 m V),其质量活性是Pt/C的7.9倍,达到3.0 Amg^(-1)Pt.PtPdRhRuCu的高熵效应显著提升了催化剂在HER中的长期稳定性,在稳定性测试中,PtPdRhRuCu/C催化剂在10000次循环伏安测试后几乎无性能衰减,而Pt/C的过电位增加了约24 m V.在-55 m V过电位下的30 h的HER测试中,PtPdRhRuCu/C保持95.7%的初始电流密度,而Pt/C衰减了53.6%.在酸性条件下,PtPdRhRuCu/C的循环稳定性和耐久性也优于Pt/C.DFT计算结果表明,PtPdRhRuCu/C较好的HER性能和稳定性归因于高熵合金的协同效应,多金属成分提供了多样的活性位点,优化了HER反应路径,特别是在Volmer步骤中降低了水裂解的反应能垒.PtPdRhRuCu/C上的HER过程遵循Volmer-Tafel机理,水分子优先吸附在Ru位点,促进HO-H键的解离,解离出的质子迁移到Pt上,而OH通过Ru和Rh的桥接作用而稳定,最终在Cu上释放H2.综上,本文展示了高熵合金在HER中较好的性能,并通过详细的表征深入理解了其构-效关系.研究成果为高熵合金催化剂的合理设计和应用提供理论支持,为未来高效、耐久和低成本的绿色制氢技术提供重要的科学依据和技术支持.

普鲁士蓝类钠离子电池正极材料研究进展

近年来,随着储能技术的快速发展,钠离子电池因为资源丰富、环境友好、成本低廉,成为电化学储能技术研究热点;而其正极材料是制约钠离子电池应用的关键因素之一。普鲁士蓝类正极材料具有开框架结构,有利于钠离子的快速迁移,这种结构使其具有良好的电化学性能。本文简要介绍了普鲁士蓝类化合物及其复合材料在水体系和有机体系钠离子电池中的研究情况。普鲁士蓝类正极材料由于制备工艺简单,结构稳定,是极有潜力的钠离子储能材料。

绝热加速量热仪在锂/钠离子电池研究中应用

电池热失控主要由于外部高温环境等因素,使得电池内部发生一系列的化学反应,导致电池内部的温度上升。电极材料、电解液以及它们之间的匹配程度都将影响电池的安全性能。绝热加速量热仪(ARC)由于其能研究绝热环境下的自加热情况且灵敏度高等优点成为电池安全性研究的方式之一。通过ARC测试,可以得到自放热速率和温度的变化关系,推动锂/钠离子电池动力学研究、热失控原因分析以及电极材料、电解液热安全性能评估的研究。本文回顾了近二十年来绝热加速量热仪在锂/钠离子电池安全性方面的研究,比较了不同的电极材料、电解液以及电池的热行为,筛选出安全性更高的电池材料与电解液体系,为今后的锂/钠离子电池的设计和研究提供有效的理论数据与参考。

水性胶黏剂在磷酸铁锂电极制备过程中的应用研究

锂离子电池电极中的胶黏剂是其不可或缺的重要组成部分且直接影响到电池性能。水性胶黏剂有生产环保、成本低等突出优势,成为近期研究热点。本文研究了水性胶黏剂在磷酸铁锂体系中的应用,通过CV测试表明,聚丙烯酸脂类胶黏剂具有较高的氧化电位(4.65 V),适宜用作正极的胶黏剂。通过热分析仪分析了两种聚丙烯酸酯类胶黏剂LA和LB的特性,实验结果表明,LB有相对较好的热稳定性(热分解温度325℃)。用LA、LB胶黏剂制成的磷酸铁锂电池,通过EIS测试了电极锂离子扩算系数分别为6.2×10^(-14) cm^2/s和1.8×10^(-14)cm^2/s。通过电性能测试分析了LA和LB胶黏剂对磷酸铁锂电池容量、内阻、倍率等电性能的影响。研究表明,当LA胶黏剂添加量为3%时,电池性能较佳;LB添加量为2.5%,极片压实为2.25 g/cm^3时,电池具最佳的综合电性能。较低的胶含量及适中的压实密度有利于降低电池内阻,提升电池倍率性能和综合电性能。最后,本文对未来水性胶黏剂的研究方向进行了展望。

燃料电池反应器在化学品与电能共生中应用

燃料电池作为能源转换装置能够高效地将化学能转化为电能,随着技术的发展人们将其作为反应器来完成高附加值的化学品的合成,同时产生一定的电能.燃料电池反应器因具有反应条件温和、反应过程可控、产物选择性高、能源利用效率高等特点,而被广泛地应用于医药中间体的制备、气体分离、水处理等多个领域.本文首先按照反应器中阴阳极区域发生反应的类型进行分类,介绍燃料电池反应器在化学品与电能联产中的研究现状和研究进展.随后描述了燃料电池反应器中存在的问题,并依照催化剂、反应过程等方向对解决方案进行探讨.最后,对几种新型燃料电池反应器的研究进行了简要的介绍并对其发展做出了展望.

高安全锂硫电池电解液研究进展

锂离子电池的长寿命和高安全性极大地促进了它的实用性。在下一代储能装置中,锂硫电池由于其高理论能量密度和单质硫的高自然丰度、环境友好等特点,受到了人们的广泛关注。然而,由于电解液中有机溶剂的可燃性、不断的锂枝晶形成和碳硫混合物的低着火温度,使锂硫电池的安全问题成为一个衡量其实用性的关键问题。近几年来,关于锂硫电池的安全问题已经出现了一些改进措施。本文首先介绍了高安全电池电解液的常见评测方法,其次综述了锂硫电池常见的两类硫复合材料以及相应的安全电解液适用情况。普通硫碳复合材料适用的锂硫电池安全性主要通过无闪点的氟代醚溶剂来提高,而硫化聚丙烯腈复合材料则主要适用于磷基阻燃添加剂的电解液。最后,本文还展望了安全锂硫电池未来的发展方向。

适用于智能电网的石墨烯基能源材料

石墨烯基材料因其具有优异的电学、热学以及力学性能,已经在能量储存与转化应用领域显示了极大的潜力。对适用于智能电网的能源相关体系(例如超级电容器,锂电池,太阳能电池以及燃料电池)的石墨烯基材料的合成和应用进行了总结。最后,也对石墨烯基能源材料在智能电网中应用时将面临的挑战和机遇进行了讨论。

铷掺杂三元正极材料Li1-xRbxNi0.4Co0.2Mn0.4O2的制备及其电化学性能

采用共沉淀法制备了三元材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2,掺杂不同比例铷进行改性,对其进行了结构表征,考察了其电化学性能.结果表明,Li0.97Rb0.03Ni0.4Co0.2Mn0.4O2样品的结晶度较好,铷掺杂起到了稳定三元材料晶体结构的作用,有效改善了材料的电化学性能,5C倍率下放电比容量达130 m A×h/g.

利用累托石制备片状多孔硅碳负极材料

累托石是由二八面体的云母层与蒙托石层交替堆叠而成(1:1)的规则间层黏土矿物,是我国特有的矿种。目前的累托石开发中存在产品价廉、附加值低等问题,如应用于建筑材料等。与此同时,锂电池工业的快速发展亟需开发高容量的硅基负极材料。本文利用累托石特殊的层状结构和Si-Al交替分布的特征,采用镁热技术实现了从累托石到片状多孔硅的转化。通过碳包覆制备的硅碳复合材料可逆容量可达1300 m Ah·g^(–1),同时具有良好的循环稳定性和倍率特性。证实利用累托石制备高性能硅基锂电池负极材料是可行的,为累托石的高值化综合利用提供候选途径。

基于多氟代醚和碳酸酯共溶剂的钠离子电池电解液特性

溶剂对锂/钠离子电池电解液离子电导率和安全性起着重要作用。碳酸酯类溶剂已应用于商业化的锂离子电池及钠离子电池研发中,但是其热化学稳定性有待提高。本工作率先在NaPF6/EC-DEC-FEC基础电解液中加入1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(F-EPE),部分取代DEC形成共溶剂,制备不同溶剂比的新型电解液,研究E-EPE对电解液可燃性、电导率、分解电位和电化学窗口等特性影响。将所制备的电解液应用于NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2(NFM)正极材料的电化学特征研究,揭示电极/电解液界面作用机理。结果表明,F-EPE能增强电解液的抗氧化能力,分解电压提高。随着F-EPE含量增加,电解液的阻燃性提高,当其含量达到30%时(EDH523F),形成不可燃电解液。当F-EPE含量为20%时(EDH532F),NFM容量保持率最佳,150圈后的容量保持率从75.7%(EC-DEC-FEC)提升至82.9%。SEM、ICP、EIS和XPS测试表明,相比基础电解液,EDH532F电池具有更稳定的电极界面和更低的界面阻抗,从而具有更好的循环性能。

石墨烯块体材料在再生医学中的应用

石墨烯块体材料能最佳模仿细胞外基质的理化特性和生物学性能,促使干细胞粘附、生长和定向分化。干细胞能和石墨烯相互作用,并向成骨细胞、神经细胞和心肌细胞等方向分化,具有口腔组织、骨组织、神经和心脏的再生潜能。

多功能添加剂PFPN对可充锂硫电池的影响（英文）

由于具有极高的比容量和丰富的硫资源储量,锂硫电池已成为下一代可充电池研究的热点之一。但锂硫电池中存在较大的安全性隐患,这将阻碍其实际应用。一种高效的阻燃添加剂,乙氧基五氟环磷腈(PFPN)被首次用于锂硫电池。添加5%质量分数的PFPN使得高度易燃的碳酸酯电解液完全不燃,同时减小极化电压,并显著提高硫基复合材料的倍率性能。上述结果表明,PFPN是一种适用于可充锂硫电池的多功能添加剂。

密度泛函理论在高电压电解液设计中的应用

基于密度泛函理论的量子化学计算为高电压电解液的配方设计提供了理论基础。运用Gaussian软件可以有效模拟电解液中某一成分的分子构型和溶剂化状态,计算出化合物的分解路径与分解产物,进而大幅缩短电解液研发周期。本文回顾了近年来该计算方法在锂离子电池电解液研究中的相关进展,并以高电压电解液为例,介绍了该理论在溶剂氧化电位计算方面的应用,结合分子模型的优化,实现了计算值与实验值的基本统一。此外,详细阐述了砜类、氟类、离子液体等几种新型高电压溶剂和磷酸酯类、硼类、腈类等几种成膜添加剂的应用。相信今后随着动力学理论的完善和计算机技术的优化,该方法在高浓度电解液、固液界面作用机理等当前难以实现的理论模拟问题方面的应用指日可待。

采用溶剂热法制备的钠离子电池用石墨烯基锡铜负极材料

将原位溶剂热法、冷冻干燥和高温煅烧相结合,制备了石墨烯基锡铜复合物(SnCu@GS)。对SnCu@GS的嵌钠特性和电化学性能进行了研究。结果表明:在溶剂热反应中,石墨烯构建了一个三维多孔导电网络且片层上均匀分布着直径约70 nm的锡铜纳米颗粒。通过相同方法制备的无石墨烯支撑的锡铜小球的粒径差异较大,分布范围为200~4μm。这表明作为石墨烯导电网络来源的氧化石墨烯的引入可以有效防止纳米颗粒在反应过程中的二次团聚。SnCu@GS具有较好的循环稳定性和倍率性能,在200 mA/g电流密度下循环200次依然具有150 mA∙h/g的可逆容量。