镁掺杂氧化锰电极材料用于高性能水系镁离子二次电池

水系镁离子二次电池在低成本与高安全性储能设备中应用前景广阔。虽然氧化锰被认为是水系镁离子电池中一种有潜力的电极材料,但其电子导电性低和循环性能差的问题极大地阻碍了氧化锰电极材料实际应用。本文提出了一种新颖的氧化锰电极材料的镁掺杂工程技术,同时对构建的镁掺杂氧化锰电极材料的电子结构和电化学性能进行了深入研究。DFT理论计算证明了镁掺杂对调节氧化锰电子结构的重要作用,并且原位拉曼结果也证实了镁掺杂氧化锰在充放电过程中可逆的相变过程。因此,该电极材料展现出高比容量（419.8 mAh·g?1）,以及优越的循环性能（1000次循环后容量几乎没有衰减）。基于这种镁掺杂氧化锰电极材料,我们成功组装了一种软包装型水系镁离子二次电池,该储能器件具有优越的电化学储能性能,实现了水系镁离子二次电池的高比能与长续航特性,揭示了其在高性能能源技术领域中的巨大应用潜能。     

水系锌离子电池电解液添加剂的研究进展

水系锌离子电池具有比容量高、安全性高和经济性好的特点,是最具潜力的新一代电化学储能装置之一.然而,直接利用锌箔作为负极存在严重的锌枝晶和副反应等问题.近年来,大部分研究主要聚焦于通过电解液添加剂来抑制枝晶的生长和减少副反应的发生,以此获得高性能的水系锌离子电池.首先,介绍了水系锌离子电池概况;然后,系统总结了电解液添加剂抑制枝晶生长和副反应的机理;最后,对电解液添加剂策略在水系锌离子电池中的进一步发展提出了建议.     

纳米结构水系NiCo/Fe电池材料的制备及电化学性能的研究

可充电的水系电池由于价格低廉、电极材料来源丰富和使用安全等优势而得到研究者们广泛关注.但是其在实用中还存在着能量密度和功率密度不足的问题.该研究以针状NiCo2O4纳米棒为水系电池正极材料,以Fe3O4纳米棒为负极材料组装成了一种NiCo/Fe电池储能器件.该储能器件表现出了优异的可充放电性能,在1.2 kW/kg功率密度下(1 A/g),其最高容量可达207.7 Wh/kg(173 mAh/g),在24 kW/kg(20 A/g)的高速率充放电速率下,其容量仍能保持70.8 Wh/kg(59 mAh/g).此外,得益于正负电极材料均为阵列结构并与基底结合牢固,该储能器件表现出优良的循环性能,即在电流密度为5 A/g下经过2 000次循环后容量仍保持近80%.     

多孔碳纤维电极材料的制备及电容去离子性能研究

由于碳纳米纤维比表面积(SSA)较低,在电容去离子(CDI)应用中,其脱盐效率并不理想。该研究采用静电纺丝技术制备了沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)材料与聚丙烯腈(PAN)复合纳米纤维,并通过碳化工艺处理得到多孔碳纳米纤维电极材料。经过优化组分及碳化工艺后,所得碳纤维电极的SSA和孔体积分别高达398.74 m²/g和0.180 cm³/g。在1.2 V和1.6 V电压下,该电极对500 mg/L的NaCl溶液(50 mL)的盐吸附容量分别达21.16 mg/g和39.04 mg/g。此外,电化学测试结果显示,提高碳纳米纤维电极的孔隙率可以在一定程度上提高双电层电容,从而实现更高的离子吸附量和更稳定的储能性能。     

水系锌-石墨电池的研究新进展

水系锌-石墨电池是一种新型的二次电池,基于水系电解液中的阴、阳离子同时参与电化学反应实现储能,因其具有高能量密度、高功率密度和安全廉价等诸多优势,有望成为替代锂离子电池的下一代储能产品。本文综述了近年来水系锌-石墨电池的发展现状,总结了锌负极、石墨正极存在的问题及现有的解决方案,对水系锌-石墨电池的下一步发展进行了预测。     

壳聚糖衍生的碳膜用于水系锌电池锌阳极的保护层

水系锌电池(ZBs)具有成本低、安全性高等优点，被认为是最有前景的储能装置。然而，在放电和充电的过程中，负极上的异常生长的锌枝晶导致其较差的循环稳定性和低库伦效率低。壳聚糖是一种天然的富含氮和碳的氨基多糖。当高温烧结时，形成的碳膜具有优异的导电性和石墨化程度，碳膜可以增强锌离子均匀沉积的性能。本文以壳聚糖为原料，通过烧结制备了一种碳膜，并将其作为水系锌电池电极的保护层材料。结果表明，当采用800°C的烧结温度时，样品可以保持更光滑的表面，组装的电池在0.25 mA·cm?2的电流密度下可以循环使用达到700 h左右，远大于没有碳膜保护层的同类电池。     

可充电水系锌离子电池无机非金属涂层研究进展

介绍了可充电水系锌离子电池(ZIBs)作为一种新兴电池储能技术,其高安全性、高能量密度和低成本等优势,以及当前制约锌离子电池发展的问题.并且从高性能锌阳极的设计出发,分析了无机非金属涂层抑制锌枝晶生长的作用机理.根据不同的涂层材料,综述了无机非金属材料涂覆锌阳极的研究进展.     

离子液体在电极材料制备中的应用研究进展

离子液体因具有种类丰富、结构可设计性强、表面张力小等特点,在电极材料制备中表现出独特的性质.围绕着离子液体作为绿色溶剂在电极材料制备方面的优势及作用,综述了其在电极材料设计与构筑方面的研究进展及相关电极材料在锂离子电池、钠离子电池和超级电容器中的应用.     

静电纺丝实验教学课程的设计及探索

静电纺丝技术作为一种新兴的纳米纤维成型技术,从理论到实践都已日渐成熟。其作为唯一可以连续生产纳米纤维的技术已被广泛应用于生产生活中,例如过滤,传感器,药物释放,组织工程和电池电极材料等。将最新的静电纺丝技术引入实验教学中,不仅扩充和完善了实验教学体系,而且在实验教学过程中新兴前沿技术的引入可极大激发学生的学习兴趣和求知欲。     

水系锌离子电池：金属锌负极研究进展

水系锌离子电池具有能量密度高、成本低、安全环保等优点,是一种很有前景的电化学储能系统.然而,水系锌离子电池在反应过程中,锌负极会形成锌枝晶易于刺穿隔膜,导致电池短路;同时,也会钝化生成不可逆产物,导致了电池差的循环稳定性和低的库仑效率.针对以上问题,本文详细地总结和讨论了当前锌负极的优化策略,主要包括电解液添加剂、基底效应、引入保护层以及锌负极的结构设计等,并对未来高性能锌离子电池的发展前景进行了展望.     

钾离子电池高容量铋基合金负极材料研究进展

钾具有储量丰富、成本低、较低的电极电势且与锂元素相似的物理化学性质,因此,钾离子电池有望成为在低速电动车和规模储能等应用领域中部分替代锂离子电池的有力竞争者.由于钾原子半径和质量较大,导致电极材料在嵌钾/脱钾过程中存在较大的体积变化及固体电极中的低离子扩散速率和较差的反应动力学.合金负极具有高的理论比容量、合适的电极电势等优点,是极具前景的钾离子电池负极材料.铋负极的理论储钾容量较高,但充放电过程中存在体积变化、电极材料的粉化等问题.近年来,人们对钾离子电池高容量铋基负极材料及与之相匹配的电解液进行了广泛的研究.本文总结了铋基材料作为高容量负极材料在钾离子电池的应用,对材料结构设计、合成方法和新型电解液等进行综述,同时对合金负极材料的未来发展方向和应用前景进行了展望.     

超电锂电用柔性电极材料制备方法研究进展

随着可穿戴电子器件的发展,开发具有柔性结构的电极受到储能领域研究人员的高度重视.研究认为,具有高韧性的柔性复合电极在小型可穿戴电子器件储能设备中有广阔的发展前景,尤其是在商用小型锂离子电池和超级电容器领域,柔性电极更应具有柔韧性和稳定性优势.基于此,笔者从柔性电极的构建出发,综述了最近柔性电极制备方法的研究进展,并展望了柔性电极的未来发展趋势.     

柔性储能器件的发展现状及展望

随着可穿戴、可弯曲、柔性的电子产品的发展,能为其提供高能量、高功率的柔性储能器件得到越来越广泛的关注和研究,以适应其在不同应用领域的需求。电极材料和电解质是决定柔性储能器件的关键因素之一。综述了目前电化学储能器件的柔性化发展趋势,着重介绍了锂离子电池和超级电容器的柔性化的最新进展,分析和概括了目前该领域存在的主要问题和可能的解决途径。最后从材料设计、结构优化、工艺改进等多个方面展望和分析了其未来发展方向。     

电纺自支撑空穴硅碳纳米纤维在高性能锂离子电池阳极材料中的应用

硅纳米颗粒（ SiNPs）加入到聚丙烯腈（ PAN）/DMF溶液中混合均匀,通过静电纺丝、预氧化及碳化过程制备得到包含SiNPs的碳纤维膜（ CNFs）,然后经过HF酸处理形成自支撑空穴状硅碳纳米纤维膜（ H-Si-CNFs）,直接用作锂离子电池的阳极材料。通过SEM、TEM和XRD等对复合材料的形貌、结构和组成进行表征分析,并运用充放电测试仪对电池循环性能以及储能机理进行研究。结果表明这种H-Si-CNFs电极具有良好的循环性能,其中含10;硅粒子的 H-Si-CNFs在100 mA·g-1充放电,首次可逆容量达到了607 mAh·g-1,经过40次循环后的容量保留率仍有92;。     

聚乙烯亚胺电解液添加剂对锌离子电池性能的影响

针对电池在循环过程中存在副反应和枝晶生长的问题,以聚乙烯亚胺作为电解液添加剂,探究其对锌离子电池性能的影响.对有无添加剂的电池循环后的电极进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及电化学分析.研究结果表明:聚乙烯亚胺添加剂在锌负极表面形成的吸附层会阻碍副反应,同时促进锌离子均匀沉积,并最终影响电化学性能.当...     

Mn_3O_4/CNTs正极材料的制备及其电化学性能研究

针对水系镁离子电池正极材料循环不稳定及电化学性能差的问题,采用Mn3O4作为水系镁离子电池正极材料,通过简单的溶液共沉淀法将Mn3O4与碳纳米管(CNTs)原位复合形成Mn3O4/CNTs。经X射线粉末衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)、通射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)和循环伏安(cyclic voltammetry,CV)及充放电测试等表征,结果表明CNTs表面均匀附着尖晶石型Mn3O4纳米颗粒,提高了Mn3O4电极的导电性和电化学性能。Mn3O4/CNTs正极材料在100 m A/g下表现出305 mAh/g的比容量及长循环寿命,远高于Mn3O4的电池性能。Mn3O4/CNTs材料作为水系镁离子电池正极材料具有潜在的应用价值。     

双离子电池的研究与应用

锂离子电池(LIBs)是目前人类必不可缺的储能设备之一,可应用于手机、电脑、数码相机、电动汽车以及智能电网等方面.但由于锂资源的有限及其在地壳中分布不均等问题,导致了锂离子电池的制造成本逐渐增加,因此开发低成本、安全、高性能的新型储能器件迫在眉睫.双离子电池(DIBs)因其具有低成本、高能量密度、环保等优点成为人们的研究热点.本文将从双离子电池机理和结构设计进行分析,阐述双离子电池的应用以及双离子电池目前所存在的问题.     

PVPZn(Ac)_2复合纳米纤维的制备及其参数优化

采用静电纺丝法制备了PVP/Zn(Ac)2复合纳米纤维,利用扫描电子显微镜对其表面形貌进行了表征.研究了PVP含量、纺丝电压、乙酸锌含量等因素对纺丝过程和纤维形貌的影响,同时分析了不同参数引起纤维形貌变化的原因.结果表明,当2mL乙醇中PVP的含量为0.248g,2.5mL DMF中乙酸锌的含量为0.501g,纺丝电压为17kV时,可以得到平均直径为180nm、表面光滑而且连续性很好的PVP/Zn(Ac)2复合纳米纤维,实现了ZnO前驱体纳米纤维的可控制备.     

熔体微分静电纺丝纳米纤维高效绿色制备技术

纳米纤维在生物医疗、高效过滤及生化防护等领域有着广泛的应用前景。静电纺丝被学术界及工业界认为是最具产业化制备纳米纤维的前景技术之一,其中熔体静电纺丝无需使用溶剂,相比溶液静电纺丝,避免了有毒溶剂残留、回收及处理等问题,是聚合物纳米纤维绿色制造的发展方向。然而,受到装备复杂、工艺滞后的影响,熔体静电纺丝始终未能突破纤维细化难、制备效率低的瓶颈。为此,团队创新提出了熔体微分静电纺丝新方法,经过十余年探索,围绕其工艺、装备、材料及应用等进行了系统的研究,率先实现了500 nm范围内熔体电纺纳米纤维的工业化制备,并建立了世界上第一套熔体微分静电纺丝纳米纤维工业化生产线。本文将从熔体微分静电纺丝的机理、关键技术、纳米纤维批量绿色制造及应用三个方面介绍熔体微分静电纺丝的研究成果及最新进展。     

Cr掺杂对β-MnO2晶体结构和性能的影响

利用一步水热法制备出β-MnO₂(MO)和5%Cr掺杂的β-MnO₂(CMO),Cr掺杂后MO的(110)晶面间距从0.311 nm增大到0.312 nm,有利于其作为水系锌离子电池正极材料时Zn²⁺在晶体中的脱嵌，显著提高了电池比容量及充放电过程中的循环稳定性.