锂-氧气电池氧电极催化的研究进展

锂-氧气电池由于具有极高的理论比能量而受到广泛关注,被认为是最具发展前景的下一代高比能二次电池体系.然而,其复杂的反应历程及迟滞的多相反应动力学使其充放电过程的极化严重,造成能量效率低下、倍率性能和循环性能较差等诸多问题,制约了其商业化应用进程.催化是改善反应动力学的关键,因此,氧电极催化剂的设计与开发成为锂-氧气电池的核心问题和研究重点.结合本课题组在这一体系的系统性研究工作,本文综述了近几年来锂-氧气电池氧电极催化的研究进展,分析了各类氧电极催化剂的优缺点,并展望了未来氧电极催化剂的研究方向.     

高能锂硫电池正极催化剂、负极保护材料的分析与展望

锂硫电池具有能量密度高、成本低、环境污染少等优势,是过去十年里最引人关注的储能系统之一,被认为是极有前途的新型二次电池。近年来,随着电动汽车的飞速发展,对高性能、长寿命电池的研究提出了极高的要求,锂硫电池的天然优越性能够满足该要求,并且展示了广泛的应用前景。然而由于电池运行过程中仍然存在着电极-电解质界面化学难以控制的问题,如何提高电池的性能和寿命引起了研究人员的广泛关注。随着各种类型高效正、负极材料的提出,锂硫电池的未来具有很好的发展前景。文章综述和讨论了最近的研究成果,从正极异质结构催化剂、单原子催化剂和负极保护材料这3个方面全面总结了用于高活性锂硫电池的催化剂最新进展。其中：异质结构催化剂不仅可以将两种功能互补或相互增强的材料结合在一起,而且在界面处具有内部电场,可以增强锂电池中多硫化锂转化反应的动力学;单原子催化剂由于其在结构-活性关系和反应机理中的原子级适用性及具有原子精度的结构可调性为解决锂硫电池多硫化锂的穿梭等问题提供新的策略;负极材料不仅可以抑制多硫化锂的穿梭,而且可以稳定金属锂的表面。     

锂硫二次电池研究进展

锂硫电池具有理论比容量高、价格低廉、环境友好等性质,是一种高性能的新型储能电池,在电动汽车及电子设备领域具有重要意义.然而,库伦效率低、循环性能差等问题导致锂硫电池还不能达到商业化应用的要求.本文从正极材料设计、电解液体系的优化、固态电解质的采用以及锂负极保护等方面全面总结了锂硫电池的最新研究进展,并对锂硫电池未来的发展方向进行展望.     

碳化钛类MXene基材料在锂硫电池中的应用研究进展

作为储能器件的重要一员,锂硫电池具有理论能量密度高、安全性好、成本低等优点,已成为目前最具前景的电源体系之一.但锂硫电池充放电过程中多硫化物的穿梭效应使其在长期循环过程中的性能衰减. MXene基材料具有优异的导电性和高比表面积,对多硫化锂具有强化学吸附和催化转化能力,能够有效避免多硫化物的穿梭效应,从而提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能.本工作简述了MXene基材料在锂硫电池中的应用优势,总结了MXene基复合材料在锂硫电池正极和隔膜中的应用研究现状,归纳了MXene基材料对锂硫电池穿梭效应的影响,最后,展望了MXene基材料在锂硫电池领域的未来研究方向.     

锂硫电池用隔膜材料的研究进展

锂离子电池在生产和生活中已经得到广泛应用，但也面临更高的使用要求和技术挑战，如能量密度较低等问题.凭借高理论能量密度和低成本等优势，锂硫电池被寄予厚望.但是，容量稳定性和安全性等问题成为锂硫电池技术发展的主要瓶颈.上述问题均与膜材料的结构和性能密切相关.在锂硫电池中，隔膜除发挥基本功能外，还需解决界面、硫穿梭及锂枝晶等问题，开发功能隔膜是解决电池上述问题的有效途径.基于涂层材料的特殊结构和理化性能对隔膜或隔膜/电极界面进行修饰是当前广泛选用的方法.本文针对锂硫电池的3大问题与隔膜材料的关系，总结了锂硫电池隔膜的研究进展，并对其未来发展方向提出展望.     

锂硫电池硫载体材料研究进展

单质硫具有高理论比容量、丰富的储量、低成本和环境友好的特点，由硫正极和金属锂负极组成的锂硫电池能量密度可以达到1 000 Wh/kg以上.然而，硫的绝缘性、穿梭效应和充放电过程中的体积剧变等限制了锂硫电池的应用.要同时解决这3个问题，合理的硫载体材料设计是关键.结合近年来的相关文献报道，综述锂硫电池硫载体材料及其相应的电化学性能，展望硫载体材料的发展趋势.     

Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池的性能

以掺杂石墨粉的中间相碳微球(MCMB/G)烧结管为阴极支撑体,采用浸涂工艺分别制备了扩散层和催化层,通过在其外表面包裹Nafion 117膜制得管状异型阴极并组装成异型直接乙醇燃料电池,采用水热乙二醇制备了适用于直接乙醇燃料电池的阳极电催化剂,并通过XRD,TEM和EDS等技术对其进行了表征.采用线性循环伏安曲线、交流阻抗等测试手段,对Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池进行了性能测试,并考察了温度、氧气流量等对电池极化性能的影响.结果表明:异型电池阻抗大于传统的平板电池,但其活化后电池阻抗明显下降;较高的氧气流量和较高的工作温度有利于提高电池性能;60℃条件下,Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池功率密度达到8.5 mW·cm-2.     

硅钨杂多酸锂作为聚并苯/锂二次电池的新型电解质研究

用聚并苯作正极活性材料,金属锂作负极,以硅钨杂多酸锂Li4SiW12O40代替高氯酸锂作电解质,制成了聚并苯/锂（PAS/Li）二次电池,对该二次电池的性能及影响因素尤其是Li4SiW12O40对电池容量、循环性能和自放电性质进行了系统研究.结果表明:与高氯酸理作电解质的PAS/Li二次电池相比,采用该新型电解质的二次电池不仅克服了高氯酸钾易吸水、易爆炸的不利因素,而且还具有较大的比容量和较小的自放电,循环性也很好,是一种新型、优秀的PAS/Li二次电池的电解质.     

利用扣式电池模块评估磷酸铁锂材料循环效果

利用实验室用扣式电池模块对磷酸铁锂正极材料的循环性能进行评估,发现采用全密封结构的扣式电池模块,可以较好地评价磷酸铁锂正极材料的循环性能.主要的控制因素是拧紧力、密封性和隔膜的隔离效果.当几个因素达到优化配合时,可以使磷酸铁锂材料的循环性能达到最佳.实验表明,利用扣式锂电池模块可以进行超过500次的循环测试,且电池制造的成功率和测量一致性大大提高,可以替代全电池评价材料的循环性.     

以Li_(1-x)Na_x为负极的锂空气电池

文章以简单的研磨法制备钠掺杂Li_(1-x)Na_x样品,并将其用于锂-空气电池负极来测试其性能。结果表明:该类型电池在其结构和催化剂上没有进行优化的情况下,具有较高的首次充放电容量和较低的过电压(0.8V),表现出了较好的电化学性能;在截止容量为500mA·h/g时,可以稳定循环230次。该新型锂-空气电池具有较好的反应动力学行为。此外,该文还分析了其性能得到提高的原因。     

流道对ab-PBI膜高温燃料电池阴极传质的影响

目的研究高温质子交换膜燃料电池的流道深度及其宽度对于提高其性能的影响.方法建立了一个二维、单相、稳态数学模型模拟研究高温质子交换膜燃料电池阴极氧气和水蒸气分布规律,分析流道深度及宽度对电池阴极中氧气、水蒸气浓度分布的影响.结果在高温质子交换膜燃料电池阴极中,氧气浓度沿着流道方向降低,而水分浓度则升高;从催化剂层到扩散层,氧气浓度升高,而水分浓度降低.在一定范围内增大流道深度,电池阴极催化剂层和扩散层内氧气浓度越大,水分浓度越小.在一定范围内增大流道宽度,电池阴极扩散层和催化剂层内氧气浓度越小,水分浓度越大.结论在一定范围内降低流道的深度和增大流道的宽度有利于氧气的传输与充分反应,可以提高高温质子交换膜燃料电池的性能.研究结果对高温质子交换膜燃料电池的流场结构参数的优化具有重要参考价值.     

石墨烯/Cu-MOF锂电池负极材料的制备及电化学性能研究

金属有机骨架化合物是一种由金属离子与有机配体通过配位键或共价键合成的新型的电极材料。然而,其低的电子导电率和严重的不可逆锂存储制约了该材料在锂电池领域的实际应用。石墨烯具有一系列独特属性,如高的导电率、高表面积、化学稳定性，机械强度和柔韧性,多孔结构。通常用来掺杂在电极材料中以提高循环性能和增加电池的容量。在本实验中,我们研究了Cu-MOF掺杂石墨烯(Cu-MOF/RGO)作为锂电负极材料的电化学性能。结果表明,在充放电电流密度为50 mA g-1时，充放电循环50次后，材料的放电比容量可达到520 mAh g-1。同时该材料也显示出较好的倍率性能和较高的库仑效率。由此可以看出Cu-MOF/RGO是一种具有前景的锂离子电池负极材料。     

锂-累托石基锂硫电池复合正极材料的研究

在二次电池中,锂硫电池作为以硫为正极活性物质的电池形态,它具有原料环保且相对于其他传统材料更高比容量的特点。针对锂硫电池硫导电性差、膨胀率较大且充放电过程形成的多硫化锂易溶于电解液形成"穿梭效应"的不足,设计了一种以锂盐改性累托石为硫的宿主,碳硫复合的正极材料来改善锂硫电池的电化学性能。经测试,锂盐改性可以较大程度地疏通累托石的层间和孔道结构,增大比表面积和孔容,从而扩大硫在孔道中的负载空间,同时锂离子大量富集于材料中能有效提高充放电中离子和电子的传输。该改性正极复合材料在0. 1 C倍率下首圈循环充放电比容量为877 mAh/g,60圈后比容量衰减为653 mAh/g,容量保有率为74. 5%,说明材料中的成分能有效吸附多硫化物、抑制穿梭效应,使材料具有较好的循环稳定性。在电流密度0. 1、0. 2、0. 5、1 C下平均比容量分别为850、750、600和500 mAh/g左右,表现出良好的倍率性能。其电荷转移阻抗为63Ω,有利于电子电荷的传导。     

锂-氧气电池锰氧化物电催化剂研究

制备了一系列锰系氧化物的纳米棒,作为锂空气电池中的催化剂,对其放电容量和循环性能进行了测试．结果表明高比表面的催化剂有利于Li2O2的分解,使电池的循环性能大大的提高．以刺球型γ-MnO2为催化剂的锂空气电池具有最高的可逆比容量,循环5圈后仍有2350mAh·g^-1,相对整个电极的比容量为1175mAh·g^-1,是常规锂电池的10倍．根据不同MnO2催化剂所表现出的不同催化性能,提出了可能的催化剂失效机理．     

量子化学原理在锂离子电池研究中的应用

锂离子电池的发展强烈地依赖于相关材料的性能,因此对材料进行理论设计以寻找具有特定性能的材料以及对电池充放电过程中有关现象的理论解释已经成为材料研究的迫切要求.量子化学和现代计算技术的发展,已基本上能满足这一要求.本文综述了近年来量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.重点评述了量子化学原理在锂离子电池电极材料平均插锂电压的预测、锂的嵌入-脱嵌机理研究、锂离子电池正极材料晶格畸变的研究以及其它物理化学性质的理论计算中的应用.     

碱性介质中空气电极性能改进的研究

考察了在空气电极的催化层中添加稀土氧化物La2O3对催化剂存在形态、空气电极性能的影响;并在碱性介质中以锌为负极组成碱性一次锌-空电池,考察了电池的放电性能.实验结果表明,La2O3作为空气层的添加剂可以提高催化剂对氧气还原的催化活性.在碱性介质中,La2O3是对空气电极具有较理想的助催化效果的添加剂.     

镍纳米颗粒与含氮碳片复合材料在锂氧气电池中的应用

以NiCl2·6H2O为金属源,尿素和柠檬酸分别为N源和C源,采用一种简单的溶胶凝胶法制备出Ni纳米颗粒高度分散在含氮碳片上的复合材料（Ni-C-N）.将该复合材料用作锂氧气电池的正极催化剂,与常用的空气正极材料科琴黑（KB）相比,其表现出更高的电化学催化活性.当使用Ni-C-N作为正极催化剂时,电池的首周放电容量及放电平台均有明显的提高,尤其在电池的循环性方面表现出更加显著的效果,循环可达38周.     

电动汽车用锰酸锂与磷酸铁锂动力电池性能比较分析

尖晶石锰酸锂和橄榄石磷酸铁锂离子电池是当前电动汽车用动力电池的主体,采用实验比较研究的方法,对比了两种动力电池正极材料电化学特性,研究了两种材料制备成动力电池的能量密度、功率密度、温度特性、循环寿命以及应用特性.结果表明:除低温性能和功率密度外,磷酸铁锂动力电池在其他方面的性能均优于锰酸锂动力电池.     

磷酸铁锂电池低温性能的研究

为了提高磷酸铁锂(LiFePO4)电池的低温性能,采用电导率较高的碳纳米管作为磷酸铁锂电极的导电剂,以LiFePO4和金属锂为正负极材料,低温性能测试结果表明,碳纳米管在电极中易形成良好的导电网络,减轻电极的极化,能有效改善磷酸铁锂电池的低温放电性能.     

新型锂电池正极材料多硫化碳炔的研究

为克服锂/硫电池的正极材料单质硫的导电性差、放电产物的部分溶解导致电池性能下降等问题,设计并制备了一种新型正极材料多硫化碳炔。通过核磁共振、拉曼光谱、X-射线及SEM等手段对其进行了研究,并得到其形态及结构信息,证明材料具有“主链导电、侧链储能”的结构。通过充放电性能测试及循环伏安测试对其电化学性能进行了研究,结果表明该材料具有较高的充放电效率与良好的循环性能,0.4mA/cm²的放电条件下60次循环后比容量可以达到400mAh/g,充放电效率接近100%。