钠离子电池负极材料锐钛矿型二氧化钛的研究进展

相较于锂离子电池,钠离子电池具有价格低廉、原料丰富、循环稳定性及倍率性能较好等优点,因此,随着低成本储能技术的需求日益增长,越来越多的研究者加入到钠离子电池基础研究和工程化探索的工作中。在钠离子电池体系中,负极材料在很大程度上影响着电池的能量密度、循环性能及安全性等。另外,在种类繁多的负极材料中,锐钛矿型二氧化钛(TiO_(2))因自放电低、安全性高、循环寿命长、环境友好以及钠离子脱嵌电位相对较高等优点,逐渐成为钠离子电池负极材料的研究热点。然而,TiO_(2)属于半导体,离子扩散速率小和电子电导率低,严重制约着其倍率性能和循环性能,限制了其发展空间。因此,需对锐钛矿型TiO_(2)进行改性以提升其电导率。本文系统综述了微观结构调控、缺陷(氧空位和杂原子掺杂)以及与导电基体复合等改性方法对锐钛矿型TiO_(2)基负极材料导电性和储钠性能的影响,并对锐钛矿型TiO_(2)作为钠离子电池负极材料在未来的研究与应用进行了展望。

喷雾干燥法制备线球状SiO/CNTs复合负极材料

以氧化亚硅(SiO)和碳纳米管(CNTs)为原料,采用喷雾干燥技术一步制备了线球状的SiO/CNTs复合负极材料,从SEM和TEM图中,可以观察到SiO微米片团聚形成二次类球型颗粒,CNTs包覆在SiO片上形成线球状结构。一方面,CNTs可以作为包覆层缓解SiO在脱嵌锂过程中的体积膨胀效应;另一方面,CNTs作为导电骨架可以有效提高复合材料的导电性,有利于电极材料容量的发挥。当CNTs的质量分数为15%时,SiO/CNTs复合负极材料发挥出最佳电化学性能,在500 mA/g的电流密度下循环300圈之后,可逆比容量为633 mA·h/g,容量保持率为62.2%。

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。

PVDF/分子筛离子交换膜制备与盐差发电性能研究

反电渗析盐差发电是一种新型有潜力的发电方法,其中离子交换膜是盐差发电核心部件,其电化学和物理化学特性决定盐差发电性能。采用相转换法制备了PVDF/分子筛基膜,然后接枝苯乙烯并磺化,得到PVDF/分子筛复合离子交换膜.实验结果表明,PVDF/分子筛复合离子交换膜中分子筛的最佳添加量为1%(质量分数),此膜的含水率为45.8%、电阻为11.4Ω/cm^(2),离子传导率为2.17×10^(-3)S/cm^(2),离子交换容量为2.5 mmol/g,对比商业阳离子交换膜,盐差发电功率从0.87 W/m^(2)提升到1.05 W/m^(2),提高了20%.