碳纳米材料改性LiFePO_(4)及其电化学性能

利用碳纳米管(CNTs)一维纤维结构和良好的导电能力,以聚吡咯包覆碳纳米管(PPy@CNTs)热转化形成的氮掺杂碳纳米管(NCNTs)为导电增强剂,将NCNTs与炭包覆LiFePO_(4)(C@LFP)复合以使商业LiFePO_(4)电极获得更优异的电化学性能。首先采用葡萄糖热解方法,制备C@LFP,再使NCNTs均匀分布在C@LFP间,制备炭包覆和氮掺杂碳纳米管改性磷酸亚铁锂NCNTs-C@LFP。分别利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)对样品晶体结构组成分析和微观结构形貌进行观察。NCNTs均匀分布于LFP颗粒之间,并且制备工艺没有改变LiFePO_(4)晶体结构。通过物理吸附仪对样品的孔结构进行分析,NCNTs-C@LFP的比表面积和利于离子传输的中小孔体积也较纯LFP明显提高。采用电化学技术进行半电池测试,结果表明,炭包覆有效提高了LiFePO_(4)粒子导电能力,而一维NCNTs进一步提高了LiFePO_(4)粒子间的导电性。NCNTs-C@LFP电荷传递阻抗较LFP降低了5倍。在0.1 C倍率放电条件下,NCNTs-C@LFP比容量达165 mA·h/g,较商业LiFePO_(4)(125 mA·h/g)提高32%。1 C倍率100次充放电循环,NCNTs-C@LFP容量保持率为94%。利用碳包覆层和氮掺杂碳纳米管构筑三维导电网络的简单技术路线,可有效改善LiFePO_(4)电化学性能。

Mn_(3)O_(4)/MnO@C复合材料的制备及储锂性能研究

以煤焦油沥青为碳源,MnSO_(4)和KMnO_(4)为锰源,使用一步水热法合成了Mn_(3)O_(4)/MnO@C复合材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱和热重分析仪表征方法,揭示了Mn_(3)O_(4)/MnO@C复合材料的形貌、晶体结构和化学组分。通过恒流充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗测试分析了材料的储锂性能。结果表明:得益于稳定且快速导电网络的构筑,Mn_(3)O_(4)/MnO@C复合材料经过300次充放电循环后,放电比容量仍能达到700mAh/g,几乎是商业石墨比容量的2倍。

基于企业技术需求设计化学工程与工艺专业的本科生毕业设计(论文)课题

作为化学工程与工艺专业的大学本科毕业生在校学习的最后一环,本科毕业设计(论文)有着极其重要的地位。然而,在实际的毕业设计过程中存在着学生的毕业课题脱离企业生产实际,为了完成学生的毕业环节而设置课题,设计和实验工作量大但学生真正实际参与度低等诸多问题。实验工作量大,但实际参与实验的时间少,致使大部分毕业生的毕业设计流于形式,学生的收获不大,老师们又费了不少心思。因此,指导教师合理地设计本科生毕业课题显得尤为重要。本文针对实际毕业设计过程中出现的问题,提出通过校企合作,在企业工程师参与毕业课题的设计及指导的前提下,提升毕业课题的实效性及应用性。本科毕业生通过完成毕业设计,了解了企业的生产工艺及技术需求,为从学校毕业到企业工作的无缝衔接最大限度地发挥了作用。

基于水溶性煤沥青的MnO@C复合材料的制备及储锂性能研究

目的制备出具有高容量、良好的倍率性能和循环稳定性的MnO@C复合电极材料。方法使用水溶性煤沥青及KMnO4为原料,通过水热法制备出Mn3O4@C前驱体。然后经过高温碳热还原制备MnO@C复合电极材料。通过SEM、XPS、XRD和Raman等分析技术对MnO@C复合材料的形貌、表面、结构等进行表征,并使用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗等电化学分析技术对其电化学性能进行了评价。结果TEM和SEM结果表明,制备的水溶性煤沥青表面丰富的含氧官能团与MnSO4溶液中的Mn2+之间有较强的相互作用,提供成核位点,进而促进了后续MnO@C材料中纳米颗粒的形成和均匀生长。这些纳米粒子的形成又起到了提升MnO@C电化学性能的作用。XRD、Raman和XPS结果表明,Mn3O4@C前驱体经过高温碳热还原反应生成MnO@C后,在MnO表面和包覆的碳材料之间生成了大量的Mn—O—C键。电化学结果表明,MnO@C电极在0.1 A/g电流密度下循环100圈后具有606.47 mAh/g较高的储锂容量,即使是在0.5 A/g大电流密度下循环400圈后仍具有293.83 m Ah/g的储锂容量。同时,电化学测试也表明,MnO@C复合材料具有非常好的倍率性能。结论使用鞍钢产的煤沥青根据混酸法制备了水溶性煤沥青。通过使用水溶性煤沥青和KMnO4成功地制备了Mn3O4@C前驱体。以Mn3O4@C前驱为原料,通过高温碳热还原法制备了MnO@C复合材料。在MnO表面包覆碳层不仅提供活性位点而且起到限制在充放电过程中MnO体积膨胀的作用。特别值得注意的是,Mn—O—C键构筑了MnO和碳层之间的快速导电通道,提升了电极反应动力学。

校企双向指导模式下新能源领域研究生教学改革探讨

本文着眼于新能源领域的研究生教学,通过借助校企双向指导模式提升研究生运用所学的理论知识解决实际生产中遇到问题的能力。同时,学生进入企业的研究院,通过与企业的专家及高级工程师间的交流寻求需要解决的技术难题。并通过将企业需要解决的技术难题与所学理论的结合设立为研究生的研究课题。这样,研究生在指导教师及企业的高级工程师的双向指导下完成课题的研究任务。指导教师通过参与企业课题提升自己对实际问题的分析及解决能力的同时,也可以把从现场得到的知识及经验引入到专业课教学中,提升专业课的教学水平。

基于储能专业研究生实践基地建设的研究

研究生跟随导师在实验室从事科研工作已经是司空见惯的现象。通常研究生通过阅读文献获得想法并通过自己的科研验证其正确性。然而,从实际应用的角度出发,工科领域对研究生提出了更高的要求,需要步入工作岗位的毕业生们能够尽快适应市场的需求并开发相应的产品。校企联合的研究生实践基地可以为从事工科领域研究的师生提供良好的平台,对提升研究生教学及科研水平有非常重要的意义。本文以辽宁科技大学与鸡西市唯大新材料科技有限公司共建研究生实践基地为例,对如何建设实践基地,最大程度发挥实践基地在研究生教学、科研中的作用进行了分析、总结,希望能够为正在建设中的实践基地起到一定的参考作用。

基于钴离子交换分子筛为模板的三维有序微孔炭低温合成及其宏量制备

沸石模板炭(ZTCs)由于具有独特的三维有序微孔结构和高比表面积,在吸附和能量存储等方面表现出诸多优异的性能。然而,ZTCs有效合成方法的缺乏和大规模合成的困难严重限制其发展。本文通过使用钴离子交换的Y型沸石分子筛作为模板,采用直接乙炔化学气相沉积(CVD)的方法,开发出一种低温CVD合成及宏量制备ZTCs的简单工艺路线。沸石中的钴离子作为Lewis酸位点,通过d-π配位效应催化乙炔在400℃低温热解,使碳沉积选择性地发生在沸石内部。通过对CVD温度和时间的优化,ZTC_((Co))-400-8h具有优异的三维有序微孔结构、高比表面积(3000 m^(2) g^(-1))、大的孔体积(1.33 cm^(3) g^(-1)),CO_(2)吸附容量和选择性分别为2.78 mmol g^(-1)(25℃,100 kPa)和98。本工作中,利用简单的合成方法实现了高质量ZTCs的宏量制备,使用10.0 g/批次沸石模板制备的ZTC_((Co))-400-8h(L)的比表面和孔体积可达到2700 m^(2) g^(-1)和1.27 cm^(3) g^(-1)。

锂离子电池硅(/碳)负极自修复聚合物黏合剂研究进展

硅的高比容量使其成为开发先进锂离子电池倍具希望的负极材料。然而,低电导率、严重的体积效应和不稳定的固体电解质界面(SEI)等问题限制了Si负极在锂离子电池中的应用。尽管构建硅碳(Si/C)复合结构在提升Si负极的性能方面已展现优势,作为电极关键组成部分之一的黏合剂也显著影响电池的电化学性能。自修复聚合物黏合剂利用非共价键和可逆共价键自主修复Si体积变化而导致的内外部损伤以及电极微裂纹,有效提高锂离子电池的循环稳定性。自修复聚合物用于柔性锂金属电池的固态电解质,可以快速修复由于外力作用导致的固态电解质损伤和开裂,为柔性可穿戴电子产品的发展提供了广阔前景。本文综述了通过非共价键和可逆共价键交联或组装自修复聚合物黏合剂的合成、表征及其应用于Si(/C)负极的自修复机制,并简要总结了自修复聚合物在柔性锂电池固态电解质中的最新应用,进一步对应用于Si(/C)负极自修复聚合物黏合剂面临的技术挑战和设计要求进行了分析和展望。

用于锂离子电容器的多孔炭黑材料

锂离子电容器(LICs)是基于二次离子电池和超级电容器研究基础上提出的新型储能器件。目前,LICs负极存在电化学动力学行为缓慢的难题,这与正极快速动力学特性并不匹配,极大地限制了LICs的倍率和循环性能,研发兼具低成本、倍率/循环性能好的炭负极材料已成为研究热点。本研究采用导电性好、价格低廉的工业化产品炭黑(CB)为前驱体,采用KOH活化法制备了多孔炭黑(CB-KOH),其具有极佳的倍率性能和循环性,在2.0 A/g与5.0 A/g电流密度下分别具有274.5 mAh/g和194.9 m Ah/g的储锂容量,2.0 A/g电流密度下循环1000圈后,其容量保持率为96.4%,每圈衰减率仅为0.0036%。非原位XRD结果表明,CB-KOH在充放电过程中的膨胀率明显低于CB,这有利于保持其结构稳定性,提升循环性能。采用生物质茄子活性炭(AC)为正极材料,CB-KOH为负极材料,组装的锂离子电容器CB-KOH//AC功率密度在2579.3 W/kg和5340.6 W/kg时,其能量密度仍然分别能达到75.4 Wh/kg和70.7 Wh/kg,兼具高能量密度和高功率密度,具备实用化前景。

三维多级结构的V_(2)O_(5)/C锂离子电池正极材料的制备

采用溶胶凝胶法制备了棒状结构纳米五氧化二钒(NR-V_(2)O_(5)),并以此为原料进一步合成了三维分层多级结构的五氧化二钒(3D-V_(2)O_(5))。最终以沥青为碳源通过静电吸附法在其表面均匀地进行炭包覆,制备了3D-V_(2)O_(5)/C复合材料,并将其作为锂离子电池正极材料组装电池。电化学结果表明,超薄3D-V_(2)O_(5)纳米片的独特结构和沥青炭的协同作用增强了3D-V_(2)O_(5)/C的电子/离子传导速率,使3D-V_(2)O_(5)/C表现出快速的赝电容储锂机制。同时,相比与NR-V_(2)O_(5)和3D-V_(2)O_(5),3D-V_(2)O_(5)/C具有较优的倍率性能和循环性能。在5.0 A/g的大电流密度下3D-V_(2)O_(5)/C具有113 mAh/g的比容量,而在0.1 A/g电流密度下循环50圈后的容量保持率为81%。