Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)正极材料的Ga_(2)O_(3)包覆改性及电化学性能

首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_(2)原始样品(P-LRMO),然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量Ga_(2)O_(3)原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)结果表明在P-LRMO表面成功合成了Ga_(2)O_(3)包覆层。电化学测试结果表明:含有3%Ga_(2)O_(3)的改性材料G3-LRMO具有最优的电化学性能,其在0.1C倍率(电流密度为25 mA·g^(-1))下首圈充放电比容量可以达到270.1 mAh·g^(-1),在5C倍率下容量仍能保持127.4 mAh·g^(-1),优于未改性材料的90.7 mAh·g^(-1),表现出优异的倍率性能。G3-LRMO在1C倍率下循环200圈后仍有190.7 mAh·g^(-1)的容量,容量保持率由未改性前的72.9%提升至85.6%,证明Ga_(2)O_(3)包覆改性能有效提升富锂锰基材料的循环稳定性。并且,G3-LRMO在1C倍率下循环100圈后,电荷转移阻抗(Rct)为107.7Ω,远低于未改性材料的251.5Ω,表明Ga_(2)O_(3)包覆层能提高材料的电子传输速率。

高频低损耗的Fe/亚微米FeNi软磁复合材料

高功率电力电子设备的应用对功率电感的高频电感性能和能量效率提出了更高的要求,迫切需要开发高频低损耗的软磁材料。为降低软磁复合材料的涡流损耗,获得高频低损耗、大功率的一体成型电感,通过等离子体炬制备了高纯度亚微米FeNi颗粒,并采用简化的有限元模型探讨了亚微米FeNi颗粒对软磁复合材料涡流损耗的影响。本工作制备了含不同质量分数亚微米FeNi颗粒的Fe/亚微米FeNi软磁复合材料,重点讨论了亚微米FeNi颗粒对软磁复合材料及一体成型电感性能的影响。结果表明:与纯羰基铁粉制备的软磁复合材料相比,当亚微米FeNi颗粒质量分数为30%时,环形磁芯代表损耗的磁导率虚部µ″由1.57降至1.36,降低了13.4%;一体成型电感在10 MHz条件下的品质因数Q由13升至20,提高了53.8%,并且自谐振频率提高了12.7%,饱和电流由2.148 A升至2.352 A。通过提高材料内阻和减小涡流流动区域的尺寸,亚微米FeNi颗粒能有效降低涡流损耗,提高软磁复合材料的高频磁导率稳定性。复合亚微米FeNi颗粒有望低成本、大规模地获得高频低损耗、综合性能良好的一体成型电感。

Si基锂离子电池负极材料研究进展

硅具有高的理论比容量、较低的嵌锂电位、来源广泛且环境友好等优点,被认为是下一代锂离子电池负极材料的有力竞争者。然而,在锂离子脱嵌过程中巨大的体积膨胀引起了活性材料的粉化和破裂,这带来了电极循环性能差、容量衰减快甚至电极失效等一系列问题。迄今为止,有大量关于改性硅基材料的报道。本文将重点介绍硅基材料的纳米结构化设计和硅/碳材料的结合。首先,分析了硅的储锂及失效机制,从机理上理解硅的失效对其电化学性能的影响。其次,从理论上阐述了纳米级硅材料对缓解体积效应的机理,从结构设计、材料合成、形态特征和电化学性能等方面论证了纳米硅材料的优势。随后,从缓解体积膨胀、提高电导率和形成稳定的固体电解质(SEI)膜等方面总结了硅碳复合材料的研究进展。此外,还讨论了将导电聚合物和金属引入硅基材料的电化学性能增强机理。最后,从提高首次库仑效率、SEI膜稳定性和质量负载量等方面对硅基材料的产业化应用提出几点建议。

MoS2薄膜负极材料的制备及其电化学行为

采用射频磁控溅射技术,以MoS2为溅射靶材,在不同溅射功率下制备了系列MoS2薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对薄膜进行表征,探讨循环过程中薄膜结构与形貌变化及其对电池循环性能的影响。结果表明,所制备的薄膜为富S的MoS2非晶态薄膜;SEM分析表明薄膜中S与Mo元素分布均匀,不存在偏聚现象;XPS分析表明所制备的薄膜中存在单质S相,单质S相在整体薄膜中含量大体占14%(原子分数)左右。在初始充放电循环过程中,这些均匀分布的单质S和Li^+反应生成多硫化锂,产生不可逆损耗,从而原位形成分布均匀的多孔结构,可有效缓解薄膜后续循环过程中的体膨胀,同时增加活性材料比表面积,有利于改善薄膜比容量及循环稳定性。当靶功率为100 W时,薄膜电极循环20圈,放电比容量为429.8 mAh/g,经300圈循环,放电比容量仍可保持在420.4 mAh/g,表现出优异的循环稳定性。

TiS2纳米片多孔负极材料的制备及其电化学性能

通过两步法制备了TiS2纳米片多孔负极材料。以钛块为钛源,采用直流电弧等离子体法在H2与Ar的混合气氛中制备TiH1.924纳米粒子作为前驱体,与升华硫共混加热硫化得到TiS2纳米片多孔负极材料。对材料进行X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)等表征,XRD与Raman结果显示得到晶化完全的TiS2纳米材料;TEM与SEM结果表明TiS2微观形貌呈纳米片状,纳米片沿空间任意方向生长形成多孔结构。以TiS2纳米片多孔结构作为锂离子电池负极材料研究其电化学储锂性能,500 mA/g电流密度下循环时,其首次充放电比容量分别为816.0、1193.0 mAh/g,50次循环后,容量仍保持550 mAh/g;在5 A/g的高电流密度下仍维持有100 mAh/g的容量,表现出优异的循环稳定性和充放电可逆性。

Y(PO_(3))_(3)双包覆改性对Li[Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)]O_(2)电化学性能的影响

在镍钴铝酸锂正极材料Li[Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)]O_(2)(NCA)制备过程中表面遗留的碱性物质会严重影响其循环稳定性能,针对这一难题,提出使用Y(PO_(3))_(3)对其进行表面包覆改性,利用Y(PO_(3))_(3)与表面残留的LiOH反应消除表面残碱,并探讨包覆改性对NCA整体性能的影响机制。测试分析结果表明,在低温煅烧过程中前驱体表面会形成均匀致密的Y(PO_(3))_(3)和LiPO_(3)包覆层,LiPO_(3)有较高的离子电导率,双包覆层能够防止活性物质在电化学循环过程中与电解液相互接触时发生有害副反应,提高电极材料的循环稳定性。其中Y(PO_(3))_(3)包覆量(质量分数)为1%的样品在0.1C下的首次库仑效率从未改性样品的78.65%提高到88.50%,在1C下循环150圈后容量保持率从59.38%提高到85.33%,相比于未改性样品具有更高的首次库仑效率和更优异的循环性能。

TiC纳米粒子对马氏体不锈钢的组织细化及性能提升

针对马氏体不锈钢的强度和塑性难以同时提升的问题,提出引入TiC纳米粒子达到细化不锈钢基体晶粒的目的。通过非自耗真空电弧炉制备了颗粒含量为0.25wt%的纳米TiC增强的马氏体不锈钢,并与铸态基体不锈钢对比,结果表明:TiC纳米粒子增强钢原奥氏体晶粒平均尺寸从234.4μm降低到62.9μm,主要分布范围从50~350μm集中为20~100μm。热处理后,TiC纳米粒子增强钢由细化的板条和板条间亚微米级的胞状残余奥氏体组成,增强钢的抗拉强度提高23.31%,显微硬度提高7.12%,并且伸长率提高99%,实现了对基体钢强度、硬度和塑性的同时提升。

氮掺杂碳纳米管高负载金属催化剂在铝空气电池中的应用

在铁基催化剂(Fe-N-C)中引入金属铈,采用高温热解法合成了氮掺杂碳纳米管(NCNTs)高负载金属催化剂(Fe/Ce-NCNTs)。金属铈的引入能更好地促进碳纳米管(CNTs)的生长,锚定更多的铁原子,增加Fe—N_(X)活性位点的数量。Fe/CeNCNTs催化剂在碱性介质中表现出良好的催化活性和稳定性,半波电位为0.86 V(vs RHE)。将Fe/Ce-NCNTs催化剂应用于铝空气电池(AABs),其峰值功率密度可达142 mW·cm^(-2),在50 mA·cm^(-2)电流密度下放电比容量达到865 mAh·g^(-1),在高电流密度负载下具有较高的电压。

Co-N-C碱性氧还原催化剂的合成与性能研究

在燃料电池应用中研究开发低成本高性能过渡金属氮碳催化剂材料替代高成本贵金属催化剂具有重要意义。以不同比例的四水合乙酸钴和三聚氰胺混合作为前驱体,采用热解法合成了不同Co含量的Co-N-C催化剂。采用XRD、SEM、XPS等分析技术表征了样品的结构形貌,在碱性电解液中测试分析了Co-N-C催化剂的电催化性能。结果表明,Co-N-C(1∶10)催化剂具有优异的电催化活性,在碱性电解质中的半波电位为0.86 V,与商业20%(质量分数)Pt/C催化剂半波电位相当。该Co-N-C催化剂表现出良好的循环稳定性,2000次循环后半波电位向左偏移10 mV,略优于商业Pt/C的循环稳定性。

Li在单层TiSe2吸附与扩散的第一性原理研究

通过密度泛函理论计算方法,研究Li在单层二硒化钛(TiSe2)的吸附与扩散行为,评估其用作锂离子电池电极材料的潜能。结果表明:Li吸附在单层TiSe2具有适宜的吸附能,且在T位点的吸附更稳定。Li在单层TiSe2的吸附过程使体系导电性提升,显示金属特性。差分电荷密度分析证明Li与TiSe2间主要是离子键。最后,计算得出Li在单层TiSe2的扩散能垒较低(0.23 eV),具有较高的速率性能。证明单层TiSe2有作为高性能锂离子电池负极材料的潜能。

纳米TiC复合铝空气电池阳极组织与电化学性能

针对铝空气电池金属阳极在碱性电解液中由于自腐蚀严重和钝化导致电化学性能无法提升的问题,通过引入TiC纳米粒子来细化铝阳极晶粒,提高晶界的数量,抑制自腐蚀反应,增加其电化学活性。实验利用Mg元素改善TiC与铝基体的润湿性,并通过真空感应熔炼炉制备了0.3%(质量分数)纳米TiC的铝阳极。结果表明:与纯Al和Al-Mg对比,Al-Mg-TiC晶粒平均尺寸从1.9664 mm降低到0.5326 mm,自腐蚀得到明显抑制,各项电化学性能包括工作电压和阳极利用率均有所提高,放电位点数量增加并且分布更加均匀。

具有高耐蚀性和导电性的掺Cr类金刚石非晶碳的化学式解析

Cr掺杂的类金刚石非晶碳具有良好的导电性和耐腐蚀性,这对于燃料电池金属双极板涂层改性特别重要。使用团簇加连接原子模型对其非晶结构进行了详细解析,在该模型中,良好的玻璃形成材料由覆盖特征性最近邻团簇加上几个下一壳层原子的结构单元来表述。根据文献,在Cr掺杂的类金刚石非晶碳中占优势的团簇是Cr中心和C壳层的[Cr-C4]四面体团簇,然后将该团簇与适当的连接原子匹配,以满足电子轨道饱和原理。由此推导出了两个最优组成式,即[Cr-C4]CrC3(22.2%Cr)和[Cr-C4]Cr3C2(40%Cr),它们显示出良好的非晶态结构稳定性。实验结果显示,所提出的这两组化学组成的涂层材料兼具低电阻率(低至10-4Ω·cm)和优异的耐腐蚀性(腐蚀电流密度~10^-2μA/cm^2)。在sp2键含量和渗流理论的框架内讨论了导电和耐蚀的协同行为。这项工作验证了团簇加连接原子模型在具有高耐腐蚀性和高导电性的涂层材料成分设计中的可行性。

锂离子电池富锂锰基正极材料面临的挑战及解决方案

随着消费类电子、电动汽车和储能等领域的迅猛发展,亟需提升以锂离子电池为代表的二次储能设备的能量密度,而正极材料是提升锂离子电池能量密度的关键。富锂锰基层状氧化物正极材料(LRM)因具有极高的理论比容量(>350 m A·h·g^(-1))和可逆比容量(>250 mA·h·g^(-1))被认为是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而,LRM正极材料的首次Coulombic效率低、倍率/性能差以及快速的电压和容量衰减等问题,严重阻碍了其产业化应用。本文介绍了LRM正极材料的晶体结构及电化学机理等方面的研究进展,分析了LRM存在的问题及起因。重点从形貌设计调控、掺杂、包覆、缺陷结构设计、梯度成分设计、层状/尖晶石异质结构构建以及电解液添加剂等方面全面介绍了LRM正极材料的改性策略,以期望为LRM正极的未来发展提供思路和指导,最终促进LRM正极材料的实际应用。

锂离子电池负极材料TiS3纳米片的制备和性能

先用直流(DC)电弧法制备TiH1.924纳米粉作为前驱体,再用固-气相反应制备了片状结构的TiS_(3)纳米粉体。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱分析和性能测试等手段对其表征,研究了TiS_(3)纳米片的结构和将其用作负极的锂离子电池的性能。结果表明:TiS_(3)纳米片具有特殊的片状结构,其厚度约为35 nm。将TiS_(3)纳米片用作负极的锂离子电池具有良好的电化学性能,在500 mA/g电流密度下循环300圈后其容量仍保持在430 mAh/g。以5 A/g的大电流密度放电其比容量为240 mAh/g,电流密度恢复到100 mA/g其放电比容量稳定在500 mAh/g。TiS_(3)良好的倍率性能,源于其特殊的纳米片状结构。这种单层片状结构,能较好地适应电极材料在大电流密度多次放电/充电过程中产生的应变引起的体积变化,使其免于粉碎。

单斜ZnP_(2)负极材料的锂化机理及性能

过渡金属磷化物电位低且比容量高,是有发展前景的锂离子电池(LIBs)负极材料.其中,ZnP_(2)属于双活性负极材料,Zn与P都能与Li^(+)发生反应,储Li^(+)性能更具有竞争力.但是,对于ZnP_(2)的锂化机理及产物尚不明确.采用第一性原理计算和电化学测试方法研究了ZnP_(2)的电子性质和电化学性能,通过理论计算和实验测试相结合阐述了ZnP_(2)的锂化机制.首先,以密度泛函理论(DFT)计算揭示了ZnP_(2)的锂化机理、Li^(+)扩散路径、势垒和理论比容量(1477 mAh/g).其次,通过直流电弧等离子体法及固相烧结法合成ZnP_(2),并测试其首圈放电曲线,显示放电容量为1439 mAh/g,与理论计算结果相近.此外,薄膜X射线衍射(XRD)检测最终产物成分为LiZn和Li3P,与DFT计算结果一致.

碳包覆磁性纳米粒子吸波机制及研究进展

电磁波通讯技术的快速发展,为信息高效传输提供了很大便利,但随之而来高频电子辐射问题日益严重,电磁波吸收材料成为解决电磁辐射的关键。开发“薄、轻、宽、强”的高性能电磁波吸收材料是目前吸波领域研究的重点和热点。本文主要依据传输线理论,介绍了吸波材料的隐身机理,同时总结了吸波材料的制备方法。重点阐述了碳包覆磁性纳米粒子微波隐身材料的研究进展,并讨论了该类吸波材料的未来应用前景以及发展趋势,最后对碳包覆磁性纳米隐身材料的应用以及研发方向提出了几点建议。

氮化钛纳米颗粒作为锂氧电池正极催化剂的电化学行为

采用直流电弧等离子体法在氮气和氢气气氛下制备氮化钛纳米颗粒,作为锂氧电池正极催化剂。通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等对材料进行微观结构表征,结果显示纳米氮化钛呈现立方结构,晶粒尺寸为30.00～60.00 nm,晶化程度良好。氮化钛纳米颗粒作为锂氧电池正极催化剂,电流密度为50 mA/g时,放电比容量达到3 037 mAh/g;在定容500 mAh/g,电流密度为75 mA/g时,电池可稳定循环,能量效率维持在62%左右。此外,充放电循环后电极片的XRD、SEM结果证明锂氧电池的主要反应为过氧化锂的生成与分解。

红外隐身[Si/MgF_(2)]_(N)一维光子晶体设计与计算

针对光子晶体在红外隐身方面的结构设计和需求,本工作通过求解麦克斯韦方程,构建多层薄膜系统的光学传输矩阵,为光子晶体在3~5μm和8~14μm处隐身提供材料选择和结构优化的方案。选择高折射率材料Si与低折射率材料MgF_(2),设计[Si/MgF_(2)]_(N)多层膜结构,推导其红外高反射态。从波动光学理论出发,介绍一维光子晶体红外隐身技术的最新进展与相关原理,计算入射角、周期数、尺寸以及折射率四个因素对光子晶体红外隐身效果的影响。结果表明,要在复杂的工作状况下实现红外隐身,除结构优化外,还需注重材料的选择。

耐低温橡胶的研究进展:分子结构设计与化学改性

综述了耐低温橡胶材料的研究进展,对比了天然橡胶、通用合成橡胶和特种合成橡胶的分子结构、耐低温性能及其影响因素,归纳了耐低温橡胶的改性方法,最后对耐低温橡胶材料今后的发展方向进行了展望。

固态薄膜电池研究进展

目前,固态薄膜电池的研究主要集中在低阻抗电极/电解质界面的构建和高离子电导率固体电解质的开发。介绍了固态薄膜电池的结构设计和离子传输机理,在此基础上讨论了负极膜、正极膜和固体电解质膜的研究进展,最后总结了电极/电解质界面问题及其改进策略。