还原氧化石墨烯复合多孔碳材料的制备及电化学性能研究

通过交联及脱水控制,构筑了系列不同疏松度的氧化石墨烯/淀粉复合水凝胶(GO/AM)并利用火焰等离子体诱导燃烧、惰性气氛保护热分解等手段碳化合成了系列还原氧化石墨烯复合多孔碳材料(RGO-PC)。研究发现,GO不仅能够与AM在交联反应过程中实现均匀复合,而且在碳化过程中可诱导AM转化成多孔复合结构,并提高复合材料的导电性。同时,通过脱水控制可有效控制GO/AM-WG的疏松度,影响碳化后材料的结构特性。此外,通过火焰等离子体诱导碳化更利于材料形成多孔褶皱结构。结果表明,利用冷冻干燥和真空干燥获得的水凝胶碳化后的比电容分别是鼓风常压干燥的1.6倍和1.5倍;利用火焰等离子体诱导燃烧碳化后的比电容为惰性气氛保护热分解碳化的2.6倍左右。

热电池用SnS_(2)/CoS_(2)复合正极材料的制备及其电化学性能研究

采用烧结法制备了不同摩尔配比的SnS_(2)/CoS_(2)复合正极材料,并对三种配比复合正极材料的物理和电化学性能进行了测试。结果表明:SnS_(2)/CoS_(2)复合正极材料的热解温度为600℃,较高的热解温度使其具备作为热电池正极材料应用的基础。另外,当复合正极材料SnS_(2)和CoS_(2)摩尔比为1∶1时,复合正极材料单体电池的比能量较高,在100 mA/cm^(2)电流密度下放电,以1.5 V为截止电压,比容量达到了278.51 mAh/g,较纯SnS_(2)正极材料的电池比能量提升了19.4%,相对纯CoS_(2)正极材料的电池比能量也提升了6.2%。复合正极材料较高的比能量主要得益于其较高的电压平台和较低的内阻。

氟化石墨材料的改性及其电化学性能研究

本文以商用氟化石墨为原料,通过水合肼还原的方法对氟化石墨(CFx)进行改性处理,系统研究了不同水合肼用量对材料电化学性能的影响.采用XRD、SEM、EDS、XPS、交流阻抗(EIS)和恒流放电测试技术,对改性氟化石墨材料的物相及电化学性能进行了分析研究.结果表明,采用改性氟化石墨材料制备的锂/氟化碳(Li/CFx)电池的电压滞后现象得到明显改善,且不同水合肼用量对材料的电化学性能有重要影响.H-CFx-2(CFx:C2H6O:N2H4·H2O的比例为1:2:1)材料的综合性能最佳,在0.1C倍率下,材料的克比容量达到794.5 m Ah·g-1,平台电压为2.53V,电压滞后现象的低波电压为2.37 V.

MoS_(2)/C纳米复合材料的合成及其电化学性能研究

理论比能量高达2600 Wh/kg的锂硫电池已经成为锂电池研究热点,然而硫导电性不好、穿梭效应和锂化体积效应较大等问题阻碍了锂硫电池的产业化。将无定型多孔碳材料的高导电性和极性MoS_(2)的固硫作用相结合改善锂硫电池的电化学性能。所得的S@MoS_(2)/C在0.05 C和2 C电流密度下的放电比容量分别为1507和406.3 mAh/g,比S@MoS_(2)在相同电流密度下的放电比容量(1400和345.7 mAh/g)更高。在循环性能测试中,S@MoS_(2)/C容量保持率为46.9%,要高于S@MoS_(2)(39.1%)。因此,MoS_(2)/C复合材料作为硫载体可以显著改善锂硫电池性能。

硒/科琴黑复合材料的制备及电化学性能研究

以超导科琴黑(KB)作为单质硒(Se)材料的复合载体,采用热处理法制备了Se/KB复合正极材料,研究了制备的Se/KB复合材料的电化学性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗(EIS)和恒流充放电测试技术,对Se/KB复合材料的物相及电化学性能进行了分析研究。结果表明:该Se/KB复合材料具有较好的比容量和循环性能,0.2C倍率下,初始放电比容量达到665.3mAh/g,循环30周后,比容量达到334.7mAh/g,库仑效率为97.1%。

石墨烯掺杂对炭气凝胶电化学性能的影响

以间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠与氧化石墨烯为原料,通过溶胶-凝胶法制备得到了石墨烯基炭气凝胶。研究了石墨烯含量对材料微观结构与性能的影响。通过SEM对其表面形貌进行观察、XRD分析其结构和BET确定比表面积与孔径分布,再对所制备的材料进行电化学性能分析。结果表明:在进行一定量的氧化石墨烯掺杂后,炭气凝胶(CAG)表面孔隙结构坍塌破损程度明显降低,材料表面的孔洞结构比较完整。掺杂氧化石墨烯能够显著降低放电初始阶段的电压降,并且可以提升材料的电容性能。将CAG-0.25组装成超级电容器,比能量达到29.69 Wh/kg,充放电循环2000次后容量保持率为89.01%。

热电池用改性LiB合金的物理与电化学性能研究

对LiB合金改性前后的物理特性和电化学性能进行了研究,结果表明:在LiB合金中掺杂的离子导电剂越多,密度越大,活性Li含量越低;LiB合金改性后的物相结构主要由Li7B6、活性Li和离子导电剂构成,离子导电剂的加入可以提高LiB中Li7B6骨架的致密性,并且致密性随离子导电剂的增加而增加;LiB合金的内阻随着离子导电剂掺杂量的增加而降低,当掺杂的离子导电剂的质量分数为10%时,LiB合金表现出了良好的电化学性能,并且能够有效解决LiB合金电池在低温、大电流密度放电前期出现的电压凹峰问题.同时,掺杂离子导电剂的LiB合金具有良好的安全性能.

Fe_(3)O_(4)/石墨烯的制备及其电化学性能研究

以六水氯化铁和氧化石墨烯为原料,通过水解法制备Fe_(3)O_(4)/石墨烯复合材料。用X射线衍射光谱法(XRD)、热重分析法(TG)和扫描电子显微镜法(SEM)等进行形貌和结构分析;用交流阻抗谱、恒流充放电等进行电化学性能测试。在20°~28°可以看到石墨烯微弱的衍射包,意味着石墨烯与Fe_(3)O_(4)成功复合;随着石墨烯掺杂量的增加,在石墨烯表面的Fe_(3)O_(4)颗粒逐渐减少,这是由于石墨烯含量增加时,石墨烯片发生了堆叠;当氧化石墨烯掺杂量为500 mg时,所制备的材料组装的超级电容器具有相对最大的比电容,为252 F/g,以1 A/g的电流循环2000次后,电容保持率高达92.3%,并且其也表现出了相对较小的内阻。

热电池用高电位NiCl_(2)正极材料的制备及改性研究

采用两步法除水工艺制备了无水NiCl_(2),通过物理掺杂改性方式制备了NiCl_(2)-FeS_(2)复合正极材料,并对其理化特性和电化学性能进行了研究。研究结果表明:低温翻松脱水工艺叠加高温升华工艺可以批量制备出无氧化杂质、低吸水率和高结晶度的无水NiCl_(2);在NiCl_(2)中添加FeS_(2)可以提高热电池的峰值电压和前期大电流负载能力,并大幅延长工作时间;当FeS_(2)添加量为10%时,电池整体性能优异,脉冲比功率高达20 kW/kg,对高电压、高比功率热电池的研发具有重要价值。

热电池用高能改性加热材料的制备及性能研究

采用掺杂改性方式制备了热电池用均匀发热加热材料,通过配方优化进一步制得了超燃分压加热材料,并对其理化特性和电化学性能进行了研究。研究结果表明:添加K_(2)SO_(4)改性制得的均匀发热加热粉和超燃分压加热粉均会成倍扩宽释热温区,并显著降低热冲击峰值;K_(2)SO_(4)改性的均匀发热加热粉可以明显降低热冲击带来的容量损耗,对提高热电池的脉冲电压和工作时间效果显著;配方优化的超燃分压加热粉可以与高锂含量的LiB负极良好匹配,还能大幅降低加热材料用量,对提高电池能量密度意义非凡。

LiB合金在热电池中的应用特性研究

对不同锂含量LiB合金、不同厚度LiB合金及LiB合金热电池低温短路特性进行了研究。研究结果表明:LiB合金随着锂含量的提高或厚度的增加,其热稳定性变差;在一定范围内,提升LiB合金锂含量,不但可以大幅提升脉冲电压,还能显著增加放电容量,延长工作时间;在特定工况下,增加负极厚度可以有效抑制LiB合金高温自损耗现象,大幅延长电池的高温工作时间。短路机理研究表明:激活瞬间,LiB合金中金属锂因大温差热冲击溢出是导致电池发生低温短路故障的根本原因。

LiSi/CoS_(2)体系在小电流长工作时间热电池的应用研究

结合热电池的特点,开展了LiSi/CoS_(2)热电池体系小电流密度工作时的电解质匹配性研究、电解质配比研究、热量匹配研究以及在长工作时间热电池的电性能对比研究。实验结果表明:LiSi/CoS_(2)体系小电流密度工作,与LiF-LiBr-KBr电解质匹配性较好,最佳的电解质配比为m_(LiF-LiBr-KBr)/m_(MgO)=60/40,最佳的热比值设计为0.70;LiSi/CoS_(2)体系热电池小电流密度工作的放电容量比LiSi/FeS_(2)体系增加了31%,比LiB/CoS_(2)体系具有更高的经济效益,更适合于小电流长工作时间热电池的工程化应用。

热电池用氯化镍正极材料研究

采用升华氯化镍为原材料,通过不同碳材料掺杂工艺制备氯化镍正极材料,装配成电池,采用石墨烯包覆正极材料制备工艺氯化镍正极材料电性能最优;利用该正极材料与不同配比隔膜材料的匹配性实验中,三元全锂隔膜和高电导率隔膜与氯化镍的匹配性最好,与三元全锂隔膜匹配,石墨烯包覆氯化镍正极的功率特性比硫化物正极更为优异。与硫化物正极材料相比,氯化镍正极材料具有更高的电压平台。在1000 mA/cm^(2)脉冲电流下,氯化镍正极的电池功率比硫化物正极的电池可提升20%左右,氯化镍正极更适用于短时间高功率型热电池。

活性炭掺杂对钛酸锂型锂离子电容器性能的影响

以活性炭材料作为正极活性物质,以掺杂不同比例活性炭(AC)的钛酸锂(LTO)材料作为负极,通过涂布、辊压和卷绕等一系列步骤制备得到了活性炭/钛酸锂@活性炭锂离子电容器(LIC)。通过对LTO材料进行不同比例的AC掺杂制备得到了多种LTO@AC极片,对制备得到的LTO@AC极片组装的LIC进行了一系列电化学性能测试,研究了LTO@AC极片对LIC比能量和比功率的影响。结果表明:在LTO中掺杂AC可以在不明显减小LIC比能量的同时,明显提升LIC的比功率;当LTO∶AC=1∶1(质量比)时,LIC达到了相对最佳的电化学性能,其比能量达到46.06 Wh/kg,比功率可以达到6.5 kW/kg。

介孔碳纳米微球在锂离子电池中的应用

将介孔碳纳米微球粉末与磷酸铁锂(LiFePO_4)、石墨混合(介孔碳含量为8%)作为电池的正负极材料,组装锂离子电池。添加碳纳米微球后,电池的可逆性和比容量均优于未添加的,尤其在大电流9.0 A充放电时,充电电压平台约低0.25 V;充放电效率高出约88.5%;输出容量与放电电流为0.8 A时的比值高约15%。在低温0℃、-10℃和-20℃放电时,添加碳纳米微球的电池输出容量与额定容量的比值比未添加的分别高12.4%、14.9%和16.7%。

高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的研究进展

LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料因其比能量高、成本低等优势,在未来的动力电池方面有着非常广阔的应用前景。对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的结构作了简述,介绍了几种经典的制备方法,对其目前存在的问题以及国内外在材料改性研究方面的进展作了梳理,并展望了未来的发展趋势。

热电池激活及放电全过程传热仿真分析

基于ANSYS平台,通过恰当的工况分解,对热电池激活及放电全过程传热和温度变化规律进行了深入分析。构建的仿真模型全面考虑了激活及放电过程的不同热源分布,包括加热片发热、电解质相变热、焦耳热和电化学反应热,能够较为精准地预测热电池各局部温度分布及变化趋势,并反映热设计所达到的效果。通过与实测数据对比,表明该仿真模型具有较高的准确度。

光伏银浆配方原料对太阳能电池性能影响综述

光伏银浆是组建太阳能电池不可或缺的核心部件,其品质的优劣直接影响太阳能电池的性能。如何提升光伏银浆的导电性、抗挠折性、附着力、焊接拉力等一系列性能成为了未来光伏银浆的重要发展方向。现阶段,银浆的原材料一方面要求银粉应具备更好的分散性和粒度均一性,同时也要求树脂具备更好的粘结性以提供方良好的骨架支撑。优异的光伏银浆核心在于配方原料的选择和调配。近年来,银浆配方的更新迭代速度快,周期短,这也对新配方的研发提出了更高的要求。为此,本论文总结了银浆性能影响的三大因素,包括:1)银粉对性能的影响;2)树脂粘接相对性能的影响;3)溶剂对银浆性能的影响等。同时,阐述了当前光伏银浆关键工艺,为研发优化光伏银浆配方提供参考。

高电位MoO_(3)/FeS_(2)复合正极在热电池中的应用研究

采用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热重分析仪(TG)对MoO_(3)和FeS_(2)性能和形貌进行表征。MoO_(3)和FeS_(2)以质量比50∶50混合,得到高电位MoO_(3)/FeS_(2)复合正极材料,研究MoO_(3)/FeS_(2)复合正极放电性能和空载安全性。研究表明,MoO_(3)/FeS_(2)复合正极在100 mA/cm^(2)表现出良好的电化学性能,单体电池电压为2.5 V,有一个120 s的平稳电压平台,电压降至起始电压80%时的时间为200 s,空载放电无热失控现象,空载安全性合格。MoO_(3)/FeS_(2)复合正极具有高电位和优异的热稳定性特点,具有良好的应有前景。

锂离子电容器用炭气凝胶的研究进展

综述炭气凝胶的制备方法、改性方法、表面与内部结构的影响因素及电化学应用等方面的研究进展。在合成过程中,为制备高比表面积、高孔隙率、高电导率且可控孔结构的炭气凝胶材料,需通过筛选原料、改进干燥方式和简化工艺流程等,对制备方法进行改进;通过调控反应物浓度、反应条件、催化剂种类和催化剂浓度等制备变量,对合成工艺进行优化;通过掺杂和活化的方式,进行改性处理。