黄铜集流体在无负极锂金属电池中的应用研究

虽然无负极锂金属电池(AF-LMBs)具有能量密度高、结构简单等优势,但是金属锂在负极集流体界面不可逆的沉积/剥离过程以及与电解液之间的副反应会大量消耗电池中有限的活性锂,导致电池容量迅速衰减。开发高性能的负极集流体是提升AF-LMBs循环寿命的有效策略之一。因此,本文研究了商业黄铜箔(F-Cu-Zn)作为负极集流体在AF-LMBs中的电化学性能,并且结合多种表征技术揭示了F-Cu-Zn电极在循环过程中的结构演变。结果表明:与商业铜箔(F-Cu)相比,F-Cu-Zn含有丰富的亲锂位点,诱导金属锂均匀成核与生长,所组装的Cu-Zn||NCM712软包全电池的室温循环寿命从75次增加至117次。此外,F-Cu-Zn电极中的Zn元素会在循环过程中不断溶解,最终在电极表层形成三维多孔结构。

还原氧化石墨烯气凝胶载硫电极的电化学性能

以还原氧化石墨烯气凝胶(r GA)为碳载体,采用熔融升华法、水溶剂热法、二硫化碳溶剂热法、二硫化碳/水混合溶剂热法、Na2S2O3歧化分解法和Na2Sx酸化法等方法载硫。熔融升华法的总体效果最好,复合物的载硫率为78. 0%,电极以0. 2 C在1. 7～2. 8 V充放电,首次放电比容量为1100 m Ah/g,库仑效率接近100%。

钾离子电池负极材料研究进展

钾具有资源丰富、来源广泛,价格低廉的特点;在电化学体系中,钾具有较低的电极电势与较快的离子电导率,因此钾离子电池被认为是未来替代锂离子电池的理想储能体系。然而,由于钾离子的尺寸(1.38Å,1Å=10^-10 m)远大于锂离子(0.76Å),适用于锂离子电池的电极材料在嵌钾后会发生巨大的体积膨胀和结构破坏,难以满足实际应用的需要。近年来,为寻找适宜嵌钾的材料与抑制膨胀的方法,越来越多的电极材料体系被开发出来。本文综述了钾离子电池负极材料的研究进展,重点介绍了碳基材料(石墨、硬碳、软碳等),钛基材料,合金类材料,转化类材料以及有机化合物等体系的嵌钾机理与结构-性能关系,探讨了各体系材料存在的优势与缺陷;特别分析了存在于碳基材料的两种储钾机制(插层机制与赝电容机制)及各自对电化学性能的影响,指出了发生在电极表面的赝电容机制更适于钾离子的储存,并整理介绍了提高赝电容行为贡献量的方法。此外,展望了钾离子电池体系未来发展的方向和应用前景。

钛酸锂用于钠离子电池负极的研究进展

相比于锂离子电池,钠离子电池具有资源丰富、分布广泛和成本低廉等优点,在大规模储能领域有广阔的应用前景,近几年获得了学术界广泛的关注。在钠离子电池体系中,负极材料对整个电池的能量密度和循环性能有着重要的影响。而在众多的负极材料中,尖晶石型钛酸锂凭借其优异的循环性能以及相对较高的钠离子脱嵌电位,被认为是一种极具应用潜力的钠离子电池负极材料。然而,由于钛酸锂中钛的最外层轨道缺少电子,导致钛酸锂的导电性不佳。同时,由于钠离子半径较大,在脱嵌过程中离子扩散阻力大,易引起钛酸锂晶格畸变,严重制约着钛酸锂的倍率性能和循环性能。针对上述问题,近年来研究者们基于深入的储钠机制研究,通过结构设计和界面优化,显著提升了钛酸锂在钠离子电池中的电化学性能。目前,文献报道的改善钛酸锂储钠性能的策略主要有:引入电导率较高的包覆层和离子掺杂来提高材料电子导电率,缓解嵌钠过程中的晶格畸变;通过结构调控设计纳米尺寸的钛酸锂材料以缩短离子扩散距离和增大其与电解液的接触面积。本文综述了近年来钛酸锂负极材料在钠离子电池中的研究现状,着重对钛酸锂的结构与性能、合成方法和改性研究等方面进行了深入的阐述,并对下一阶段钛酸锂作为钠离子电池负极的研究与应用进行了展望。

用硫酸从镍钴渣料中两段浸出镍钴

研究了用两段浸出法从镍钴渣料中浸出镍、钴,考察了一段浸出终点pH和二段浸出时温度、时间、硫酸浓度、还原剂过氧化氢用量、液固体积质量比对镍、钴浸出率的影响。结果表明:一段浸出终点pH=2.5时,镍、钴浸出率分别为73.48%、1.09%;二段浸出,在70℃、浸出时间2 h、硫酸浓度1.5 mol/L、还原剂过氧化氢用量2.0 mL/g、液固体积质量比10 mL/1 g条件下,镍、钴浸出率分别为99.56%、99.40%,浸出效果较好,镍、钴配比接近平衡,可用于制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)正极材料。

电子功能外延薄膜的电沉积(英文)

电沉积作为一种在温和条件下从溶液中合成材料的技术已被广泛应用于在导体和半导体基底表面合成各种功能材料。电沉积一般由人为施加于基底的电刺激(如:施加电位/电流)来触发。这种电刺激通过氧化或还原靠近基底表面的溶液层内部的离子、分子或配合物从而使该溶液层偏离其热力学平衡状态,随后引起目标产物在基底表面的沉积。在电沉积过程中,许多实验参数都可能从不同的方面对沉积物的物化性质造成影响。迄今为止,已通过电沉积制备出多种单质(包括金属和非金属单质)、化合物(例如:金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫化物等)以及复合材料。电沉积制备的这些材料大多为多晶、织构或外延薄膜的形式。其中,外延薄膜是一种具有特定的面外和面内晶体生长取向且其晶体取向受基底控制的类单晶薄膜。由于外延薄膜中高度有序的原子排列,它们常呈现出独特的电磁性质。本文总结了常见的电沉积合成路线及影响沉积物外延生长的关键实验因素。此外,本文简要介绍了用于表征外延薄膜的技术。最后,本文还讨论了一些采用电沉积制备的具有特殊电子、电磁及光电特性的功能外延薄膜。

Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/CN/rGO复合正极材料的构筑及储钠性能研究

Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)具有理论容量高、钠离子超导体(NASICON)结构等优势,被认为是一种值得研究和大规模应用的新型钠离子电池正极材料。然而低的电导率导致其电化学性能在大电流充放电条件下不理想。本实验采用固相法制备了一种由氮掺杂碳与还原氧化石墨烯(rGO)共修饰的Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)/CN/rGO(NVP/CN/rGO)复合正极材料,并借助材料表征手段、电化学分析技术等对不同含量rGO掺入的NVP/CN/rGO正极材料的微观形貌和电化学性能进行了系统研究。结果显示,NVP/CN/rGO-2复合材料颗粒分布均匀,并表现出较高的可逆容量和优越的循环稳定性。在0.2 C、10 C下可逆容量分别为116.9 mAh·g^(-1)和99.4 mAh·g^(-1),且在10 C下循环1500次后,容量保持率为97.2%。复合材料表现优异性能的主要原因是:rGO特殊的导电网络结构将孤立的NVP/CN连接起来,提升了颗粒之间的接触电导,使其导电性进一步提高,从而显著提升其电化学性能。

电化学储能技术的发展(下)

(接上期)3电化学燃料储能技术电化学燃料储能技术是一种通过电化学反应,将电能转化为燃料的储能技术。根据燃料状态可分为气体燃料、液体燃料和固体燃料。(1)气体燃料储能是以电能生产气体燃料进行储能的技术,也称电转气技术,其中最具代表性的是电解水制氢。氢气热容高,完全燃烧1kg氢气可以释放14351k J热量,是汽油的3倍,且燃烧过程中无温室气体释放,是一种高比能环境友好的燃料。制得的氢气可以作为燃料直接使用,或者通过氢燃料电池发电,在未来有望替代传统化石燃料。

电化学储能技术的发展(上)

传统的化石能源属于不可再生能源,随着工业的发展和人们对能源的需求进一步增加,人类即将面临能源枯竭的危机。同时,由于化石能源消耗过程中产生大量的温室气体,会对环境造成巨大的破坏。为应对由温室气体造成的环境恶化,我国在2020年联合国大会上正式宣布,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。近些年来,我国大力发展可再生能源,包括太阳能、风能、潮汐能等装机容量均居全球首位。根据国家能源局发布的2021年1—8月份全国电力工业统计数据报告,风电装机容量同比增长33.8%。

单锂离子导电聚合物固态电解质的研究进展

单锂离子导电聚合物(SLCP)固态电解质作为一种由锂离子迁移为主进行导电的固态电解质,可以解决传统聚合物固态电解质所存在的浓差极化、枝晶生成等问题,有望作为未来固态锂电池电解质极具潜力的选择方案.本文综述了近年来开发的一系列SLCP固态电解质的制备方案,重点阐述了SLCP阴离子基团的选择和设计方案,并总结了当前SLCP固态电解质在应用中存在的问题,对其未来发展进行了展望.

富镍三元层状氧化物LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料

富镍三元层状氧化物LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)由于其可逆容量高、环境友好、价格低廉等优势,被认为是下一代锂离子电池最具潜力的正极材料之一。然而,NCM811存在着热稳定性差、充放电过程中结构易发生相变、安全性低等缺点,阻碍了其大规模生产。随着材料制备技术的不断进步,NCM811的电化学性能有了极大的提高。本文综述了近几年来富镍层状氧化物NCM811正极材料的最新研究进展,重点对该材料存在的问题与失效机制、合成方法、改进措施和理论计算模拟研究进行了深入阐述,并对NCM811未来发展作了展望。

锰铈二元氧化物的制备与应用

Mn-Ce二元氧化物具有资源丰富、成本低廉、催化活性优异等优点,引起了科研人员的广泛关注,在诸多领域具有潜在的应用价值。本文详细阐述了Mn-Ce二元氧化物的合成方法和应用领域。合成方法包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、浸渍法等,并比较了各方法的优缺点。在应用方面,主要综述了Mn-Ce二元氧化物在空气污染物消除(消除NOx、VOCs、CO、碳烟、Hg^0、甲醛)和能源储存(金属-空气电池、超级电容器)两个方面的应用及其作用机制。另外,本文还介绍了Mn-Ce二元氧化物在水污染治理(氟离子吸附、三价砷吸附和甲基橙吸附等)和有机催化合成方面的应用。最后,讨论了Mn-Ce二元氧化物在制备中存在的问题,并对之后的研究方向进行了展望。