多孔能源材料在有限扩散条件下的Warburg阻抗谱仿真研究

运用Warburg阻抗谱准确揭示多孔能源材料电极的动力学特性及离子在孔隙电解液的扩散行为,首先需要深入理解单孔Warburg阻抗谱随维度参数和材料特性的演化规律。本论文主要研究内容是:①建立单孔Warburg阻抗模型,并在理想界面和有限扩散条件下,从超越函数方程推演到代数方程;②通过数值计算方法,定量仿真了孔的直径、孔的深度、电解液单位长度电阻以及活性物/电解液界面单位长度比电容对Warburg阻抗特征的影响;③基于仿真结果,系统研究了Warburg阻抗谱的转折频率、横跨45°Warburg区低频电阻和低频等效电容随孔的维度参数和材料参数的动态演化规律;④最后,从电化学动力学的角度解释了有限扩散Warburg现象和半无限扩散Warburg现象彼此间的竞争关系及其观测结果的演变规律。通过本论文的仿真研究结果,可深入理解储能材料中多孔电极的行为特征,进而为有效设计储能材料的结构和组成提供了有价值的理论依据,尤其在能量密度和最大功率密度的优化上。

钠离子电池炭基负极材料研究进展

钠离子电池是目前新兴的低成本储能技术,因在大规模电化学储能中具有较好的应用前景而受到了国内外学者广泛的关注与研究。作为钠离子电池的关键电极材料之一,非石墨的炭质材料因具有储钠活性高、成本低廉、无毒无害等诸多优点,而被认为是钠离子电池实际应用时负极的最佳选择。本文详细综述了目前钠离子电池炭基负极材料的研究进展,重点介绍了炭质材料的储钠机理与特性,分析了炭材料结构与电化学性能之间的关系,探讨了其存在的问题,为钠离子电池炭基负极材料的发展提供有益的认识。

功能化固态电解质膜改性锂金属负极的研究进展

对高比能量锂离子电池需求的不断增加激发了锂金属负极的应用研究。锂金属具有高放电比容量(3860 mAh·g^(−1)),低电极电位(−3.04 V),是锂离子电池的理想负极材料。然而,锂金属在循环过程中会形成不稳定的固态电解质(SEI)膜,而且会生成枝晶,枝晶的生长会引发电池短路等安全问题,极大地阻碍了其应用。理想的SEI膜应具有良好的锂离子传导性、表面电子绝缘性和机械强度,可调控锂离子在表面均匀沉积,促进离子传输,抑制枝晶生长,因此构筑功能化SEI膜是解决锂金属负极所面临挑战的一项有效策略。本综述以锂金属枝晶形成和生长的机理为出发点,分析总结SEI膜的构建策略、不同组成SEI膜的结构和功能特性及其对锂金属负极性能的影响,并对锂金属实用化面临的挑战及未来发展方向进行了展望。

Ni/Mn_3O_4/NiMn_2O_4@RGO空心微球负极的制备及其储钠性能（英文）

采用溶剂热法制备前驱体,后经350°C热处理,首次合成了空心结构的NiMn_2O_4微球以及不同含量氧化石墨烯包覆的Ni/Mn_3O_4/NiMn_2O_4@RGO复合材料.电化学性能测试表明,复合负极材料中,含25wt%还原氧化石墨烯的材料储钠性能最佳,其在50 m A·g^(-1)电流密度下,100次循环后放电比容量保持在187.8 m Ah·g^(-1),且800 m A·g^(-1)电流密度下的可逆容量高达149.9 m Ah·g^(-1),明显优于NiMn_2O_4及其他石墨烯基复合材料.研究指出,复合材料性能的提升得益于空心微球和还原的氧化石墨烯构成的特殊结构,一方面缩短了电子/离子传输距离,缓解了体积效应,另一方面高导电网络有效增强了活性物质利用率.

钾掺杂对钒酸钠纳米片储钠性能的影响

通过水热-热处理方法首次制备了K+离子掺杂的钒酸钠(Na5V12O32)正极材料,对样品进行了TEM、XRD和XPS表征,详细研究了钾掺杂量对样品的结构和储钠性能的影响规律.TEM照片显示,合成的材料具有纳米片形貌.XRD/XPS谱图分析表明,K+离子掺杂在钒酸钠晶体的层间.恒流充放电测结果显示,当1 mol Na5V12O32掺杂0.118 mol K^+离子时,得到的Na5K0.118V12O32样品具有最佳的电化学性能:在1.5~4.0 V范围内,经过几次活化后,其于0.1C、0.2C、0.5C、1C、3C和10C倍率下的最大放电容量分别为169、160、148、132、98和69 mAh·g^-1;3C循环1000次后容量保持率为93.0%.研究结果表明,层间掺杂的K+离子不仅扩大了Na5V12O32晶体的层间距,而且稳定了晶体的结构,从而显著改善了Na5V12O32材料的倍率性能和循环性能.研究结果证明,适量K+离子掺杂的Na5K0.118V12O32纳米片有望发展为一种新型钠离子电池正极材料.

全电池电解液中锂离子浓度空间分布的时频分析

高效电池管理系统可提高动力锂离子电池的安全性、运行效率和使用寿命,但此管理系统需要电解液中Li^(+)浓度空间分布的准确信息.一般来讲,Li^(+)浓度空间分布信息的获取要依赖于锂电池物理化学模型及其对应的求解算法.本文将准二维电化学模型用作锂电池物理化学模型,该模型可以提供全电池电解液中Li^(+)浓度空间分布的完整信息.对于该模型的求解算法,传统的有限差分法在空间离散化扩散偏微分方程上通常需要花费大量时间,而本文提出了有限元法与θ法相结合的新算法,在有限元法中引入简单高效的线性基函数,用于在不同充放电模式下快速计算全电池电解液中Li^(+)浓度的空间分布.本文数值计算结果表明:(1)对于频域,利用有限元法所得数值解与利用参数变换法所得解析解高度一致;(2)对于时域,利用有限元法与θ法相结合的方法所得数值解与利用有限差分法所得的数值解也有很好的一致性.本研究所提出的算法,为高速准确获取全电池电解液中Li^(+)浓度空间分布提供了一种新的方法.