层状富锂锰基正极材料包覆改性的最新进展

首先综述了富锂锰基材料的结构和循环过程中存在的问题,然后介绍了富锂锰基正极材料包覆改性研究的最新进展,系统描述了电化学活性材料、非电化学活性材料和导电聚合物等不同种类包覆物质及单层包覆、双层复合包覆和原位包覆等包覆方法在该材料改性领域中的应用,进一步从材料结构、失效机制等角度深入分析了各种包覆改性方法及包覆物质改善富锂锰基材料循环性能的作用机制.最后,对Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2) (LMNC)材料及改性方法等未来发展方向进行了展望.

电催化氧化技术降解水中抗生素类污染物研究进展

医疗行业的快速发展和抗生素的滥用导致的水污染日益严重,水环境中残留的新兴抗生素类污染物已成为当今社会面临的最严峻挑战之一,将对人类健康带来极大危害.电催化氧化技术作为水处理技术中的绿色环保技术,近年来在国内外受到众多环境保护工作者的关注,越来越多地被广泛地用于处理含新兴抗生素类有机污染物的水体.本文首先阐述了电催化氧化技术对于有机污染物的电催化反应机理,重点介绍了电催化氧化技术降解水中抗生素类污染物采用的阳极材料的研究进展及发展状况,总结了阳极材料用于处理抗生素类污染物的降解效果及部分改性手段,此外,还对于当前电催化氧化联合技术处理水中抗生素类污染物的情况进行了系统的总结,最后对电催化高级氧化技术在未来抗生素类污染物的发展进行了展望.

氯化物体系单槽双室电积锰工艺研究

本工作在单槽双室电解槽中采用氯盐电解质进行了电沉积锰的工艺研究。初步探索了带有亚氨基二乙酸官能团的螯合树脂TP-207对高Mn^(2+)电解液中杂质离子的吸附除杂作用过程,提出了四种离子吸附模型;同时,确定了氯盐体系隔膜电积锰工艺参数,与传统硫酸盐体系和工艺进行了对比。结果表明:电解最佳条件为阴极液初始锰离子浓度(影响较小)0.9 mol/L;电解液温度越低,电流效率越高,最佳温度为5℃;阴极电流密度(影响一般)为450 A/m^(2);pH(影响很大)为弱酸性的6.5。在此最佳工艺条件下进行电解Mn时的电流效率可达83.211%,电耗最低为4022.7 kW·h·t^(-1),对应的Mn产品晶型为γ型。

导电聚苯胺正极添加剂在铅炭电池中的作用机制

为解决铅炭电池存在的能量密度低和活性物质利用率低的问题,将导电聚苯胺(PANI)作为功能添加剂掺杂到铅炭电池正极中。结果表明,导电聚苯胺自身的优良导电性和电容特性可大幅度提高正极中硫酸铅和二氧化铅之间的转化效率,为物质转化提供离子传输通道和额外电容,显著提升正极活性物质的利用率。当导电聚苯胺质量分数为0.5%时,改性的铅炭电池表现出最高的初始放电容量,为空白电池的1.68倍,同时电池也表现出良好的循环稳定性,证明了导电聚苯胺作为铅炭电池正极添加剂的可行性。

Cl^(-)添加剂对电解法制备超细铜粉的影响研究

针对电解法制备的铜粉在使用过程中存在团聚现象严重,易于氧化,导电性不佳等问题,研究了添加剂Cl^(-)浓度、电解过程中电流密度、温度、溶液循环流量等参数对铜粉粒度、结构和性能的影响。优化了电解工艺流程,制备了分枝均匀树枝状结构的铜粉。

锂离子电池富锂正极材料的包覆改性研究进展

随着新能源汽车及储能行业的快速发展,传统正极材料难以满足人们对电池高能量、高密度锂电池的要求.富含Li和Mn的层状氧化物xLi_(2)MnO_(3)·(1–x)LiMO_(2)(M=Ni,Mn,Co),其高比容量可超过250 mA·h·g^(–1),有希望成为下一代锂离子电池最理想的正极材料.但是,富锂材料仍存在首次循环不可逆容量高、循环性能差和倍率容量低等问题,为解决这些问题,本文阐述了富锂正极材料的结构和电化学反应之间的构效关系,讨论了金属氧化物、金属氟化物、碳、导电聚合物和锂离子导体等涂层材料对富锂正极材料电化学性能的影响规律及作用机理,同时还对以上涂层在富锂正极材料中应用的优缺点进行了总结.最后,对锂离子电池富锂正极材料的包覆改性的未来发展发现作出展望.

锂离子电池富锂锰正极材料的最新进展

富锂锰正极材料(Li-rich manganese cathode material,LMCM)因高比容量(>250 mAh·g^(-1))、低成本等优势,被视为最具前景的下一代锂离子电池正极材料。然而,该正极材料在循环过程中存在不可逆的结构转变等问题,造成首次不可逆容量损失高、倍率性能差、能量衰减和电压衰减等问题。通过体掺杂、表面包覆和结构优化设计等策略可一定程度上改善LMCM存在的以上问题。本文重点介绍LMCM存在的问题及改性研究工作,分析LMCM存在的问题及起因,详细阐述目前主要改性方法的研究现状,并讨论各种改性方法的优缺点及今后的重点研究方向。此外,本文还分析目前LMCM材料产业化进展和面临的主要挑战。由于自身存在的问题和配套材料发展缓慢,目前仅在部分企业实现小批量生产。

PANI/CeO_2/WC复合材料的制备及性能

采用原位聚合法分别制备聚苯胺/二氧化铈(PANI/CeO2)、聚苯胺/碳化钨(PANI/WC)、聚苯胺/二氧化铈/碳化钨(PANI/CeO2/WC)复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对三种复合材料进行物相和结构分析,并且通过交流阻抗和阳极极化测试材料在65g/L Zn2++150g/L H2SO4体系中的电化学行为。通过实验数据分析,得到了一些具有一定学术意义与应用价值的结果。

锂离子电池用富锂锰基正极材料掺杂改性研究进展

锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小和环境污染小等优点,目前成为能源设备领域使用占比最多的一类电化学储能电池。正极材料作为锂离子电池中Li+的主要提供者,其研发始终受到科技工作者的广泛关注。其中,富锂锰基正极材料具有高比容量、高电压和优异的高温性能等优点,被视为极具潜力的正极材料。然而,富锂锰基正极材料在工作中存在稳定性不好的问题,例如富锂锰材料在充放电循环过程中容易发生锂镍混排,导致层状结构坍塌,影响材料性能,进而使得此类正极材料的应用前景受限。因此,近些年研究者对富锂锰基正极材料进行大量改性研究,并获得优异的成果。在所有的改性方法中,离子掺杂改性由于其特殊的机理,成为改性方法中较佳的选择。目前,富锂锰基正极材料离子掺杂的主要形式包括阳离子掺杂、阴离子掺杂、聚阴离子掺杂和共掺杂。阳离子掺杂是现阶段最为常见的掺杂形式,其主要是在过渡金属位置进行掺杂,少部分在Li位进行掺杂。阳离子掺杂能够抑制过渡金属离子向锂层迁移,减缓尖晶石相生成,提高富锂锰基正极材料结构的稳定性。阴离子掺杂主要是弥补和替换充电过程中形成的氧空位,该方法能够抑制氧空位形成,提高正极材料的安全性和库伦效率。聚阴离子掺杂与阴离子掺杂相似,同样是在正极材料的氧位进行掺杂,由于聚阴离子与过渡金属的结合能更强,过渡金属迁移被抑制,层状结构更加稳固,材料性能显著提升。共掺杂是将阳离子和阴离子同时掺杂到正极材料中,该方法具备阴、阳离子单独掺杂时的效果,可以稳定层状结构,并能显著提高正极材料的循环稳定性,提高电池的循环能力。本文总结了富锂锰基正极材料的结构组成、反应机理以及自身存在的缺陷,重点讨论了阳离子掺杂、阴离子掺杂、聚阴离子掺杂和共掺杂等掺杂方法对富锂锰基正极材料性能的影响,分析了现阶段掺杂改性仍存在的问题并展望其未来研究方向,以期为制备稳定和高性能的富锂锰基正极材料提供参考。

富锂锰基正极材料结构优化及晶面调控研究进展

富锂锰基正极材料(Li-rich manganese cathode material,LMCM)具有高放电比容量(250 mAh·g^(-1)@0.1C)、高电压、制作成本低和环保等优点,被视为下一代动力锂电池正极材料的理想之选,是锂电池能量密度突破400 Wh/kg的关键电极材料。但LMCM存在首次不可逆容量高和库伦效率差、倍率性能差和电压衰减等问题,在一定程度上制约了此类正极材料的大规模使用。为了解决LMCM存在的问题,相关学者做了大量的研究工作。一方面,针对LMCM在循环过程中的容量特性及结构演变规律进行了研究,为LMCM优化改性提供理论基础;另一方面,通过表面包覆、离子掺杂、表面酸处理等方法进行改性以提升LMCM的电化学性能,虽然取得了一定的成果,但是并不能完全满足使用需求。因此,近年来学者们开始在材料结构优化及活性晶面调控方面不断尝试,在保持LMCM优点的同时,进一步提高材料的倍率性能和循环寿命,降低首次不可逆容量损失,抑制循环过程的电压衰减。材料晶体结构优化的主要研究方向有构筑缺陷体系、层状-尖晶石异质结构、微纳结构、多孔结构等,优化后的结构能够有效缩短充放电过程中Li+的扩散路径,提升材料的结构强度,减少过渡金属离子的迁移和相变的发生,增强电解液渗透性,有效提高材料的结构及电化学稳定性;而晶面调控通过构筑具有α-NaFeO_(2)结构且晶向与锂层平行的晶面作为Li+脱嵌的电化学活性面,为Li+扩散提供畅通的路径,既能缩短Li+的扩散距离,又能提高Li+脱嵌的速率,从而提升材料大电流充放电能力。本文归纳了LMCM的研究进展,分别对材料的容量特性及结构演变、结构优化、电化学活性晶面调控等方面进行了介绍,分析了LMCM研究的成果和面临的问题,并对后续研究方向进行展望,以期为LMCM的设计和可控制备提供参考。

铅酸蓄电池板栅材料研究新进展

铅酸蓄电池板栅起传导、汇集电流并使电流分布均匀的作用,同时对活性物质起支撑作用,其性能与铅酸电池性能息息相关。因此,综述铅酸蓄电池板栅在合金成分、结构设计以及炭材料板栅等方面的研究进展,阐述不同优化方案对板栅综合性能和电池性能的影响,总结各类方案的优点与不足,并对今后板栅材料的研究方向提出相关建议。

锌电积用新型阳极的研究进展

铅阳极价格低廉且在酸性硫酸盐溶液中稳定而被用于生产高纯度的锌,但随着矿物品位降低,锌电解液环境变差,传统铅阳极的许多问题限制了其进一步发展,包括析氧电位过高、阳极溶解引起的阴极产品污染、力学性能差等。为解决这些问题,从几个不同方面对新型阳极进行阐述:(1)在铅合金中掺杂不同的元素(如Ag、Ca、Co、RE等),通过外加物质改善合金结构,提升铅阳极电催化活性,降低铅在电解液中的溶解;(2)应用不同加工工艺提升铅合金内部均匀致密程度,提升合金力学性能;(3)应用其他类型的阳极,如钛基阳极、铝基阳极、碳纤维阳极等防止铅合金本身性质带来的问题。介绍不同阳极改进方式的同时也提及了其制备工艺和电催化机制,为未来新型阳极的发展趋势指明了方向。

基于节能降耗的电解液流场及电解槽结构模拟仿真研究进展

电解过程中电耗占总能耗比高达50%以上,而且电解过程是多个物理场与电化学反应的耦合,影响因素复杂,目前通过对物理场和电场进行模拟仿真可以达到优化电耗的目的。本文整理了利用COMSOL Multiphysics、ANSYS对锌、铜、锰、镍等电解槽内的电解液流速场、离子浓度场、电场等多物理场进行数值模拟仿真方面的文献,并且剖析研究结果,认为电解槽上的能耗取决于槽内多物理场的分布,通过改变电解槽进液方式、阳极材料、电解槽几何形状、温度、极板间距、电极相对大小、极板放置方式等,可以影响电流效率以及能耗;利用仿真软件对电解过程进行数值模拟,能够模拟实际电解加工过程,有利于对工艺进行优化,节约成本。目前的仿真模拟主要集中在电解过程中的工艺参数、电极结构、电解槽结构、电解液流场等内部因素,在控制产品杂质、提高生产率和电流效率、改善表面质量和收集矿泥方面研究成果颇丰,但所建模型偏向理想化,未来应该更加注重与实际相结合,考虑温度、湿度、环境等因素造成的影响,提供更准确的模拟结果。

铜电积的节能增效措施研究进展

湿法炼铜的目标是以最低的能源消耗和最高的电流效率生产高品质的阴极铜,如何达成这一目标便成为研究的重点。阳极材料是阳极过电位、电流效率、阴极铜品质的重要影响因素,节能阳极的开发对铜电积工业具有重要的现实意义,其中在铅合金阳极中引入Ag、Ca、Co、RE等合金元素可提升铅合金的机械强度,抑制铅的溶解,提升电催化活性和耐腐蚀性能;在导电基底上制备具有优良导电性和催化活性的β-PbO_(2)、IrO_(2)-Ta_(2)O_(5)、TiB_(2)/β-PbO_(2)、Co3O4等活性层的复合阳极,可提升阳极的耐腐蚀性能,降低析氧过电位;石墨、具有三维结构的铅以及复合PANI/Co3O4可以提高阳极的活性比表面积,提升电流效率;调整电解液中铜酸比例为0.25~0.30、添加古尔胶、硫脲、Co^(2+)也可以提升阳极性能和改善阴极铜品质;此外通过优化电解液温度、极板间距等工艺条件也会影响阳极的寿命和催化活性。主要从析氧阳极的开发、溶液体系调整以及工艺参数优化等3个方面对湿法炼铜节能措施进行介绍,最后,对铜电积节能的发展方向进行了展望。

非晶态金属氧化物在析氧过程中的应用研究进展

非晶态金属氧化物(AMOs)是一种高效析氧催化剂,该材料具有独特的结构优势,制备简单易行且成分可控,近年来在多个领域引起了研究热潮。对非晶态材料的制备方法、析氧作用机理、非晶结构的分布等进行了介绍,归纳了AMOs在不同应用中的研究进展。AMOs在湿法冶金电极材料中扮演着重要的角色,在析氧催化电极中取得成功应用的有含Fe、Ni、Co、Mo、Mn、Ti等的晶态-非晶态(C-A)、非晶态氧化物,析氧过电位在200~-400 mV,同时具有极高的稳定性和耐腐蚀性。作为储能材料时提供了极高的储存容量和循环寿命,在可再生技术的水分解和锂电池等新能源产业中充当活性催化剂作用。最后提出了当前AMOs应用中的挑战和不足,以及一些可供改进和深入的研究方向,以期为制备稳定和环境友好的新型非晶态氧化物催化材料提供参考。

合成氨电催化剂及其设计策略的研究进展

传统的工业合成氨主要利用高温高压条件下的Haber-Bosch技术,该过程能耗高、污染大。以电能为能源,水为质子和电子源,通过电压和催化剂协同作用的电催化氮气还原技术逐渐发展为合成氨的有效途径之一。电催化氮气还原的关键在于电催化剂和催化反应体系的优化,从而改善过程面临的低产氨速率及法拉第效率等局限。综上所述,从电催化合成氨技术的发展历程和反应机理出发,探讨了电催化氮气合成氨催化剂的主要分类(贵金属、过渡金属、单原子及非金属基催化剂)和研究进展。综述了电催化合成氨催化剂活性提升的具体策略,包括表面形貌优化、晶体缺陷工程、复合材料组成、物相界面调控、额外助剂添加等。最后,进一步对该领域目前存在的问题、挑战及未来发展趋势进行了展望。

掺硼金刚石阳极电催化降解新兴抗生素类污染物研究进展

抗生素类药物是目前水环境中出现的一类新兴有机污染物,具有难自然降解、环境刺激性、生物毒性及耐药性等特点,高效去除抗生素类污染物是近年来环境工作者重点探讨的内容。掺硼金刚石(boron-doped diamond,BDD)电极由于自身优异的物理和化学性质,被认作为目前电催化氧化水中有机污染物最为理想高效的阳极材料,但关于BDD阳极在新兴抗生素类污染物的研究情况尚未进行及时的总结。本文首先论述了BDD阳极在电催化氧化有机污染物的降解过程和基于强氧化性物种的电催化氧化机理,进而分析了BDD阳极在电催化降解水中新兴抗生素类污染物的研究进展,探讨了影响抗生素类污染物电催化降解过程的关键影响因素,总结了BDD阳极材料的开发情况,同时,总结了以BDD阳极电催化氧化为基础发展而来的其他水处理联合方法,最后,进一步展望了BDD阳极在未来电催化降解抗生素类污染物存在的问题及未来的重点发展方向。

铅酸电池负极添加剂的研究进展

近年来,环境污染与化石能源日益匮乏,使得储能设备不断发展更新。电池作为新型储能设备在能源供给方面占有一定的优势。目前二次电池市场中使用最广泛的主要还是锂离子电池及铅酸电池。锂电池具有能量密度高、体积小等优点,有超越铅酸电池的趋势,但因低温容量衰减严重、高温易爆炸等缺点导致其使用受到一定的限制。而铅酸电池具有使用温度范围较宽、安全可靠以及售价低廉等优势,在工业使用方面更具有普遍性。铅酸电池在使用过程中也存在失效问题。目前铅酸电池失效模式主要起源于正负极早期容量损失、板栅腐蚀以及负极硫酸盐化等。作为混合动力汽车常用的动力来源,铅酸电池需在高倍率放电部分荷电状态(HRPSoC)下运行,此时,决定电池寿命的主要因素是负极是否失效。负极失效使得电池性能急剧下降、寿命缩短,而铅酸电池负极添加剂能够在不同程度上解决负极失效问题。本文对铅酸电池常用的负极添加剂的研究发展概况和存在的问题进行了阐述,并对其进行了展望。铅酸电池负极添加剂主要包括碳材料、导电聚合物、无机或金属氧化物等,可以提高电池负极活性物质(NAM)的利用率,改善大电流放电、低温充放电、快速充电等性能。同时碳、聚苯胺、无机或金属氧化物等材料的加入能够分担铅酸电池负极的部分充电电流,减缓大电流对负极的冲击、抑制负极铅硫酸盐化、提高电池高倍率放电部分荷电状态循环寿命、降低负极放电深度、升高电池析氢电位、降低电池失水。

掺硼金刚石阳极电催化降解甲氧苄啶抗生素及其动力学研究

水中新兴抗生素类污染物是环境工作者关注的重要问题,如何高效去除抗生素及其去除动力学是需要重点探讨的研究内容.本文以掺硼金刚石为阳极,着重研究抗生素甲氧苄啶在BDD电极上的电催化降解及动力学行为,分析降解过程中施加电流密度、溶液pH、TMP浓度、支持电解质类型和浓度对降解动力学的影响规律,根据降解过程中的中间产物,提出TMP的可能降解路径.结果表明,高电流密度加快强氧化性活性物种的产生,可促进有机物的降解,但析氧副反应的加剧降低了过程的电流效率;低溶液pH有利于强氧化性活性物种的产生,加快有机物的降解动力学;由于电催化过程受传质控制,有机物的浓度的提高有利于促进降解动力学;由于活性氯的产生,电解质中氯离子的存在可加快有机物的去除,同时支持电解质Na_(2)SO_(4)浓度对有机物的矿化影响不大.TMP在BDD电极上的可能的降解路径主要包括羟基化反应、脱甲氧基化反应、裂解和开环反应,最终实现TMP完全矿化为CO_(2)、NO_(3)^(−)和H_(2)O.

模拟仿真在湿法炼锌和炼铜中的应用

湿法冶金因独特的工艺技术广泛应用于有色金属的提取过程。与火法冶金相比,湿法冶金具有污染较容易得到控制、对原料适应性强、冶金过程具有较强选择性、规模可控、机动性强、有利于综合回收有价金属、成本较低及能够得到纯度较高的产品等优点。数值模拟建模和仿真是研究和优化湿法冶金过程的一种成本较低、效率较高的方法。本文综述了湿法冶金工业中电积锌和电积铜过程的电流效率、电解液流场及电场等关键技术参数的多物理场数值模拟的研究进展,概述了模拟仿真在湿法冶金工业中的实际应用价值和意义。