基于植酸钠热分解制备新能源电池碳基负极材料

通过控制温度在750℃和950℃煅烧植酸钠,制备两种结构和性质不同的碳材料作为锂离子电池和钠离子电池的负极材料.通过对两种材料在负极材料应用中的性能对比,判断材料的适用对象.结果表明,750℃下的碳材料作为锂离子电池负极时的性能更好,而950℃下的碳材料则更适合作为钠离子电池负极材料,展现了植酸钠制备的碳材料具有作为锂离子电池和钠离子电池双功能负极材料的潜力.     

合成聚合物衍生硬碳在钠离子电池中的研究进展

在过去的10年里,便携式电子设备和电动汽车的迅速发展引起了人们对电化学储能系统商业化的兴趣.因钠元素在地球上的丰富储备,钠离子电池是目前锂离子电池最有前途的替代品,作为一种新兴的低成本储能技术,在大规模电化学储能中具有较好的应用前景.由于碳材料的原料丰富、成本低廉、具有低的电化学电位,通常是电池负极材料的首选.其中,石墨具备良好的化学稳定性和相对较高的比容量被广泛用于商业锂离子电池.但是由于热力学的限制,钠与石墨的层间化合物不存在,将石墨作为钠离子电池的负极几乎不显示储钠活性,这导致容量的极大损失.硬碳具有可膨胀的石墨烯夹层、合适的工作电压和相对较低的成本,被认为是最有可能实现商业化应用的钠离子电池负极材料.合成聚合物作为硬碳前驱体的重要来源,可以通过调控化学组成结构和工艺条件,实现不同的结构和形貌,以满足不同的性能需求.本文综述了近年来以合成聚合物为前驱体制备硬碳负极材料的研究进展,重点介绍了合成聚合物的种类和制备方法对硬碳材料的微观结构形态的影响,以及形貌结构和电化学性能之间的关系.此外,还探讨了提升硬碳材料电化学性能的关键因素,并提出了未来主要发展的方向,促进钠离子电池实现商业化...     

基于天然橡胶高温热解制备钠离子电池硬碳负极材料

以天然橡胶为原材料制备硬碳材料,并探究其作为钠离子电池负极材料的性能.通过高温煅烧的方式,将天然橡胶在不同温度下煅烧制得硬碳材料.对不同温度下的硬碳材料进行结构表征,并测试其作为钠离子电池负极材料性能.通过结构参数和电化学性能对比,优化出制备硬碳材料的最佳煅烧温度.     

MXene材料储能应用研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,具有类似石墨烯的二维结构.MXene因其独特的物理和化学特性,以及在储能、催化、电子与光电子等领域中的良好应用前景而受到广泛关注.介绍了MXene材料的制备、表征以及在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等储能器件上的最新研究成果.最后,对MXene材料的未来发展和挑战进行了介绍.     

层状钠离子电池正极材料的研究进展

钠离子电池作为一种新型电化学能源已经受到了广泛关注.其工作原理与锂离子电池相类似,钠元素的储量比锂元素更为丰富、成本更加低廉,因此在大规模电能存储中有着广阔的应用前景.近年来,针对钠离子电池电极材料的研究日益增多,其中关于正极材料的研究主要集中于聚阴离子以及层状过渡金属氧化物材料两大类.层状过渡金属氧化物因其导电性好,并且层状结构更加稳定而成为人们研究的热点.本文针对层状过渡金属氧化物正极材料的结构以及电化学性能进行综述,总结并分析层状材料作为钠离子电池正极材料的可行性以及目前面临的问题,为今后钠离子电池层状正极材料的研究与应用提供理论指导.     

有机正极材料在钠二次电池中的应用

与锂离子相比,尽管钠离子半径大,嵌入与脱嵌动力学欠佳,但由于钠的储备资源丰富,成本低,可充电钠离子电池被认为是非常有发展潜力的大规模储能电池体系。目前钠离子电池电极材料的研究主要集中在无机过渡金属材料,此类材料理论比容量不高,且提升空间有限;制备工艺复杂,消耗不可再生资源,重金属的使用会造成环境污染。相比之,有机电极材料具有理论比容量高、结构可设计性强、原料丰富、绿色环保可持续的优点。因此,开发和发展高性能储钠有机正极材料是提升钠离子电池性能的关键。本文详细介绍了钠离子电池有机正极材料研究的最新进展,主要包括基于CO键反应、掺杂反应和基于CN键反应的电极材料。同时,本文还针对有机电极材料在充放电过程中出现的问题,提出了相应的解决策略。     

高比容量钠离子电池合金系负极材料的研究进展

随着科技发展以及人们对能源需求的日益加剧,单靠锂离子电池很难满足未来储能的迫切需求.钠离子电池由于钠源丰富、成本低廉,在能量密度要求相对较低的大规模储能等领域具有巨大应用前景.合金系负极材料由于比容量高、工作电压低、合成简单等优点而备受关注.针对钠离子电池合金系负极材料研究进展进行综述,总结并分析合金系材料作为钠离子电池负极材料的可行性以及面临问题,为今后钠离子电池高比容量负极材料的制备与研究提供借鉴.     

GO@S复合正极的制备及其在锂硫电池中的应用

采用Hummers法和熔融扩散法结合的方法制备了氧化石墨烯@硫(GO@S)复合正极材料,研究了此复合正极对锂硫电池电化学性能的影响.测试结果表明,GO@S复合正极大幅度提高了电池的比容量、有效改善了电池的倍率性能和循环稳定性.在0.1 C倍率下,初始放电容量高达1 044 mA·h/g;0.5 C倍率下经过100次的充放电循环后,库伦效率为96%,容量保持率为78.5%.     

Cu-MOF/rGO锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

采用石墨烯掺杂的Cu-有机骨架化合物(Cu-MOF)复合材料(Cu-MOF/r GO)作为锂离子电池负极材料,研究其电化学性能.结果表明:在充放电电流密度为50 m A/g时,充放电循环50次后,材料的放电比容量可达到520m Ah/g.同时该材料也显示出较好的倍率性能和较高的库仑效率.Cu-MOF/r GO是一种具有前景的锂离子电池负极材料.     

SnO_2/石墨烯负极材料的制备与电化学性能

为了提高锂离子电池锡基负极材料的比容量,以SnCl_4·5H_2O和石墨烯为原料,通过气相沉积法和高温烧结制备了SnO_2/石墨烯复合材料,并研究了不同烧结温度对SnO_2/石墨烯复合材料电化学性能的影响. SnO_2颗粒沉积并嵌入在石墨烯的层间,石墨烯的层状结构能够缓冲SnO_2的体积膨胀,进而有效提高材料的循环稳定性.利用电子扫描显微镜、X线能谱和X线衍射等表征方法和循环伏安等电化学性能测试方法对材料进行表征和分析.结果表明:当烧结温度为400℃时,材料的电化学性能最好,在电流密度为100 mA/g时,充放电循环50周后,其放电比容量仍能保持在716.6 mA·h/g;在电流密度为1 A/g时,放电比容量为431.9 mA·h/g.因此,该材料在商用锂离子电池领域具有潜在的应用前景.     

轻质、高稳定石墨纸锂离子电池负极集流体

利用氧化石墨可得到具有低密度、高导电性、高热扩散率的石墨纸.本研究发现,利用这样的石墨纸代替商用金属铜箔作为锂离子电池负极集流体,可体现出更好的循环稳定性.商用石墨负极、还原氧化石墨烯(RGO)/MoS2复合负极材料均可通过标准的电极刮涂法和石墨纸直接兼容,得到的极片表现出和在铜集流体上相当的电化学性能.石墨纸集流体可将集流体在负极中的面重量由商用铜箔的8.9mg·cm-2降低至1mg·cm-2以下,大幅度降低了非活性材料在电池中的用量,可望进一步提高电池的综合性能.     

生物模板法制备Mn_2O_3及其用于锂/钠离子电池负极材料研究

为提高动力电池的能量密度,以树叶模板法制备了具有多孔分级结构的Mn_2O_3材料.通过X射线电子衍射技术和扫描电子显微技术分别对材料的晶体结构和表面形貌进行了研究,结果表明制备的G-Mn_2O_3材料具有丰富的孔结构和较小的一次粒径.将制备材料作为锂离子电池和钠离子电池负极材料应用,并对材料的电化学性能进行了研究,与粉末Mn_2O_3材料相比,模板法制备的Mn_2O_3材料在锂离子电池中具有优异的电化学性能.     

CoMoO4水热法制备及其在锂/钠离子电池中的应用

碳基负极材料比容量低,无法满足高能量密度电池的需求.为了进一步寻找高容量长循环寿命的电池负极材料,采用水热反应法制备了自支撑CoMoO₄负极,通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的结构、形貌进行表征,利用循环伏安法和恒电流充/放电等技术对比研究了材料在锂/钠离子电池中的电化学性能.结果表明,CoMoO₄负极在锂离子电池中的首次可逆比容量为1 403.6 mAh/g,首次库伦效率为146.5%,在100 mA/g电流密度下经50次循环后仍然高达793.6 mAh/g;而CoMoO₄负极在钠离子电池中首次可逆比容量仅为314.2 mAh/g,但经50次循环后容量保持率仍有76.4 %.该自支撑负极无需导电剂和粘结剂,电极材料与泡沫镍结合力强,具有优异的循环稳定性.     

三明治结构高性能锂离子电池碳/氧化亚硅@石墨烯负极材料

氧化亚硅因其高理论比容量和丰富自然资源被认为是下一代高比能量锂离子电池负极材料之一。然而，氧化亚硅在充放电过程中由于较大体积变化引起电极结构不稳定，造成性能的衰减。本研究提出一种碳包覆层–氧化亚硅–石墨烯的三明治结构，有效提高氧化亚硅负极材料在充放电过程的结构稳定性。石墨烯和碳包覆层构建出一个围绕氧化亚硅颗粒的三维电子传输网络，不仅提高材料的电极反应动力学过程，而且能均化材料表面的局部电流和电极反应程度，实现材料体积的均匀变化。此外，存在于氧化亚硅和石墨烯之间的硅–氧–碳键可以增强颗粒在石墨烯片层上的附着强度，防止氧化亚硅在嵌脱锂过程中从石墨烯上脱落。得益于上述结构优势的协同作用，碳/氧化亚硅@石墨烯材料表现出优异的循环稳定性，在0.1 C倍率下循环100圈后比容量为890 mAh/g，容量保持率为73.7%。另外，材料经历前35圈电流密度从0.1 C到5 C的逐步上升的充放电循环后恢复到0.1 C的低电流后，仍表现出886 mAh/g的可逆比容量，对应容量恢复率93.7%，表明材料的倍率性能优异。该研究提供一种提高高容量型锂/钠离子电池负极材料结构稳定性的新策略。     

表面三维结构构造对磷酸铁锂电化学性能的影响

电子产品的普及对锂离子电池商业正极材料磷酸铁锂的倍率充放电能力和循环稳定性提出了更高的要求。石墨烯由于其独特的电子共轭态和单原子层结构,具有优越的电子迁移性、大的比表面积和良好的热与化学稳定性,是理想的磷酸铁锂表面结构和功能修饰材料。本文将结合传统材料表面金属包覆的方法,在化学还原氧化石墨烯包覆过程中引入二价金属离子,在磷酸铁锂表面形成三维导电网络的化学还原氧化石墨烯/金属包覆层。实验结果表明,表面三维结构的构造可显著地改善磷酸铁锂的导电性和锂离子扩散性能。     

杂原子掺杂石墨烯的制备及其光电转换性能研究

报道一种在离子液体辅助条件下通过小分子热分解聚合法制备硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的新方法.在对抽制备的石墨烯材料的形貌、光学性质、电学性质及半导体类型进行表征的基础上,进一步研究用电沉积方法组装的石墨烯光电极薄膜在光化学电池和固态光伏器件中的光电转换性能.实验结果表明,文中合成的掺杂石墨烯具有良好的光电转换性能,其中以硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的复合薄膜最佳,其光电化学电池的光电流达到(4.69±0.05)×10~(-5)A/cm~2,其固体器件的光电流响应为(5.38±0.38)×10~(-6)A/cm~2.     

SnP2O7@氮磷掺杂石墨烯复合材料的制备及其在钠离子电容器中的性能研究

钠离子电容器(SICs)具有比超级电容器更高的能量密度和比钠离子电池更高的功率密度.然而,SICs中正极与负极动力学不平衡问题将导致倍率性能与功率密度较差.因此,需要开发SICs负极材料提升SICs的电化学性能.基于合金化/脱合金反应的高容量以及非活性缓冲基质所带来的优异循环稳定性,锡基三元氧化物在储能系统中获得了广泛关注.本文采用N/P双掺杂石墨烯对焦磷酸锡(SnP₂O₇)纳米颗粒进行包覆(SnP₂O₇@NP-G),成功制备了SICs负极材料.受益于锡基三元氧化物的独特结构和N/P双掺杂石墨烯的协同效应,所得SnP₂O₇@NP-G拥有优异的功率密度(6 775 W/kg)与能量密度(102.1 W·h/kg).同时,SnP₂O₇@NP-G拥有优异的循环稳定性,在2 A/g的大电流密度下,经过1 000次循环后,可逆容量为87.9 mA·h/g.本工作将促进高性能SICs锡基负极材料的发展.     

钠离子电池电解质的研究进展

相比锂离子电池来说,钠离子电池因高能量密度和低成本引起广泛关注。作为电池重要组成部分的电解质,对电池性能的发挥至关重要。简要介绍了液、固态电解质体系在钠离子电池中的研究进展,讨论这些电解质体系的电导率、电性能、电化学性能、热稳定性等特点。现今钠离子电池大多使用的是液体电解液,而液体电解液在具有高离子电导率的同时,安全性仍有待改善。而固态电解质还有许多基础科学需要探索,并且需要考虑电导率、成本等因素。基于以上评述,希望对钠离子电池电解质的研究发展提供帮助。     

溶剂热法构建层状二硫化钒纳米片——一种高效稳定的钠离子电池负极材料

利用简单的溶剂热合成法制备层状二硫化钒纳米片,并对其作为钠离子电池负极材料进行了性能研究.结果表明:层状二硫化钒纳米片用于钠离子电池负极时,在电流密度为200mA/g的50次循环后,比容量最高可达238.4mAh/g.首圈库伦效率为78.0%,随后第二圈的库伦效率又增长为97.3%,整体稳定性好.     

锂离子电池能源材料研究进展

能源材料是指能源的开发、运输、转换、储存和利用过程中的材料,其中锂离子电池材料是应用和开发前景最好的一种能源材料.改善和提高锂离子电池电化学性能的关键是选取充放电性能良好的电极材料.总结上海大学环境与化学工程学院在新型电极材料领域的研究进展,其中包括锡基纳米粒子、锡基/碳复合纳米材料、碳纳米材料、碳包裹磷酸铁锂复合纳米材料、氧化钴/碳复合纳米材料、氧化镍/石墨烯复合纳米材料,并对该类材料的发展趋势进行展望.