MXenes及其复合材料在钾离子电池中的应用进展

二维过渡金属碳化物或氮化物(MXenes)因独特的层状结构和电子特征,在储能领域具有巨大的应用潜力。MXenes拥有丰富的表面化学官能团,可调的层间距和优异的机械性能,有望成为具有良好导电性、优良循环性能和倍率性能的新型钾离子电池负极材料。介绍了MXenes材料的储钾机理,综述了MXenes及其复合材料在钾离子电池中的应用进展,并对其未来发展方向进行了展望。

聚酰亚胺基电磁屏蔽材料研究进展

聚酰亚胺具有机械性能好、热学稳定性好、质量轻、可柔化等特点,可作为很多先进复合材料的基体材料。将具有电磁屏蔽性能的材料加入到聚酰亚胺基体中形成柔性的复合电磁屏蔽材料,是制备新型电磁屏蔽材料的一种途径。介绍了电磁屏蔽材料的屏蔽机制,重点综述了聚酰亚胺基电磁屏蔽材料的制备方法、分类及其研究进展,同时对聚酰亚胺基电磁屏蔽材料发展趋势进行了展望。

Mg^2+和F-共掺杂提高LiNi0.8Co0.15Al0.05O2电化学性能

采用传统固相法对锂离子电池富镍系LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料进行了Mg^2+和F^-共掺杂改性研究,借助X射线衍射(XRD)、XRD数据精修、扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电测试、循环伏安曲线(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等手段探究Mg^2+和F^-共掺杂对材料晶体结构、表面形貌和电化学性能的影响。物理测试表明,Mg^2+和F^-共掺杂后正极材料仍保持α-NaFeO2结构,无杂质生成,且共掺杂后正极材料晶胞参数增大,离子混排程度降低,这有利于Li+在晶格中的脱嵌迁移。此外,共掺杂后正极材料的微观形貌未发生明显变化。电化学性能表明,Mg^2+和F^-共掺杂样品表现出优异的电化学性能,1 C倍率下循环200圈后,放电比容量仍保持有144.1 mAh·g^-1,容量保持率高达83.1%。优异的电化学性能归因于Mg^2+和F^-稳定了材料的晶体结构,减少了材料极化,抑制了电池电荷转移阻抗的增加。本工作的开展为其他锂离子电池正极材料性能提升提供了思路。

纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金力学性能的原子尺度分析

对纳米晶(单晶、多晶)CoNiCrFeMn高熵合金的力学性能评估有助于理解高熵合金材料物性,更好地服务于核反应堆包壳管、航空发动机、喷气涡轮叶片等国防应用领域发展.本文提出对纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金微结构演化与力学性能间的相关性展开研究.基于纳米压痕法,研究了纳米晶高熵合金和纳米晶镍的变形行为与力学性能,比较了使役温度对纳米晶CoNiCrFeMn高熵合金和纳米晶Ni的力学性能与微结构演化差异.结果表明:单晶高熵合金力学性能(最大承载荷、硬度、杨氏模量、接触刚度)优越于单晶镍主要源于单晶高熵合金外形呈鼓包式结构内的位错滑移与拓展传播受到局限域的阻滞作用.极端低温5 K下的材料力学性能表现最佳,多晶Ni相比单晶Ni的最大承载荷、硬度、杨氏模量、接触刚度降幅分别达28.9%,20.27%,32.61%,36.4%;多晶CoNiCrFeMn高熵合金相比单晶CoNiCrFeMn高熵合金的最大承载荷、硬度、杨氏模量、接触刚度降幅依次达21.74%,23.61%,23.79%,22.90%.此外,多晶高熵合金力学性能相比单晶高熵合金对温度敏感性更强,其力学性能随温度升高近似线性下降.对多晶高熵合金和多晶镍而言,晶界不仅是位错滋生、拓展、繁衍的起源区,更是萌生缺陷、产生裂纹拓展与失效的集中域.受应力驱动晶界边缘的微结构演化和缺陷存在,多晶材料力学性能弱于单晶材料.

磨粒刮擦诱导单晶镍微结构演化与塑性去除行为的纳观分析

基于分子动力学模拟,从原子水平研究了单晶镍刮擦诱导的微结构演变和塑性去除,重点分析了不同晶面的微结构演变特征和塑性去除差异,阐明了在滑动刮擦和滚动刮擦工况下塑性的去除规律,揭示了微结构演化和塑性去除的机制。结果表明,在紧密接触区产生的应力集中不仅是单晶镍位错滑移的源动力,而且是FCC结构向HCP结构转变和材料塑性去除产生磨屑的主因。发生磨粒刮擦时Ni(110)晶面出现最大的水平切向力,磨粒刮擦时在Ni(110)晶面内形成了具有水平滑移特征的HCP结构,其中位错滑移是其磨屑比Ni(100)和Ni(111)晶面多的主因。在同等刮擦条件下,Ni(110)晶面的塑性环脱落行为滞后。同时,密排堆垛层错行为和磨损表面的剪切应变都表现出显著的晶面选择性。与滑动刮擦相比,滚动刮擦时镍原子显著地粘附于磨粒的外表面,是切向力在刮擦过程中大幅度振荡的主要原因。