基于柠檬酸盐自模板法碳纳米片的制备及其在钠离子电容器中的应用

由于电容型材料较低的比电容使得提高钠离子电容器(SICs)的能量密度成为目前研究的一大挑战.在此,文中通过直接碳化柠檬酸钠和柠檬酸钾制备了具有不同孔径分布的碳纳米片.所得的2种碳材料分别作为负极材料和正极材料时都表现出高的倍率性能和长的循环寿命.为了弥补电容材料比电容低的缺陷,以NaI作为氧化还原添加剂提供额外的容量.相比于未添加剂的SICs,NaI的加入可将SICs的能量密度从84.3 Wh·kg~(-1)提高到118.1 Wh·kg~(-1),同时,功率密度最大可达40 kW·kg~(-1).在充放电循环10 000圈后,SICs的比容量仍可保持初始值的74%.这一策略对提升电化学储能器件的能量密度具有重要的指导意义.     

NiCo2O4纳米材料在柔性超级电容器领域的研究进展

轻质、超薄、柔性和高性能的超级电容器是柔性超级电容器研究的目标,尖晶石结构NiCo₂O₄因其理论比电容高、成本低、电化学活性高,是柔性超级电容器电极材料领域的热点材料。近些年,为获得性能优异的柔性超级电容器,人们针对NiCo₂O₄基纳米材料开展了大量研究。主要从NiCo₂O₄基纳米材料的柔性导电基底的制备和选择、材料形貌调控及形成复合材料等提升材料性能的角度探讨NiCo₂O₄基柔性电极材料的研究进展,以期对后续研究提供参考。     

MOFs衍生多孔碳/MnO_2复合材料及其在超级电容器中的应用

利用高比表面积、大孔隙率金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)作为牺牲模板,制备了MOFs(ZIF-8)衍生多孔碳材料(PCs),以其作为导电基底,在表面生长金属氧化物MnO_2,获得MnO_2/PCs复合材料并将其应用在超级电容器中.制备的复合材料具有良好的电化学电容性能,在三电极体系中,1 A·g~(-1)的电流密度下比电容可达199 F·g~(-1),经过2 000次充放电循环后,比电容仍能保持初始值的80%.使用MnO_2/PCs复合材料作为正极,PCs作为负极,组成的非对称型电容器MnO_2/PCs//PCs具有优异的电化学储能性能,在950 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度高达10.16 Wh·kg~(-1);而且当功率密度上升为9 500 W·kg~(-1)时,能量密度仍可以保持4.48 Wh·kg~(-1).     

铜离子掺杂钒基配位聚合物的制备及其超级电容器性能

通过两步微波和离子交换的方法得到一种直径约为1.5μm的微球形貌铜离子掺杂钒基配位聚合物(V-Cu-HHTP).聚合物中部分取代的Cu²⁺提高了配位聚合物的导电性和结构稳定性,并提供V、Cu的协同效应,在用于超级电容器电极材料时表现出良好的电化学性能.在1 A·g^-1的电流密度下,V-Cu-HHTP表现出287 F·g^-1的比容量,在10 A·g^-1的大电流密度下循环3 000圈后,V-Cu-HHTP的电容保持率仍有98.6%,比相同测试条件下未掺杂的VHHTP电极表现优异(比容量为227 F·g^-1,电容保持率为94.2%).选取V-Cu-HHTP作为正极,活性炭(activated carbon,AC)作为负极,组装非对称超级电容器V-Cu-HHTP//AC,电压窗口达到1.6 V.V-Cu-HHTP//AC在功率密度为795.0 W·Kg^-1时,最大能量密度为44.1 Wh·Kg^-1,优于许多钒基超级电容器.优异的电化学性能归因...     

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.     

SnO2基锂离子电池负极材料研究进展

 作为一种N型半导体,二氧化锡基负极材料由于其拥有较高的理论比容量（782 mA·h·g^-1）、高能量密度等优势受到了广泛关注。然而,由于二氧化锡负极材料在充放电过程中的体积效应和本身导电性较差等导致的其循环性能和倍率性能较差,从而制约了其作为锂离子电池负极材料的应用。本文从二氧化锡的纳米化及复合化（包括其与金属氧化物、无定型碳、碳纳米管和石墨烯等复合）2 方面综述了二氧化锡基锂离子电池负极材料的研究进展,同时对SnO₂基锂离子电池负极材料的发展方向进行了展望。     

氮掺杂多孔薄层石墨烯的制备、表征及电容性能研究

以氧化石墨烯(GO)为原料、硫酸铵((NH_4)_2SO_4)为动态气体模板剂,采用浸渍结合焙烧工艺制备了氮掺杂多孔薄层石墨烯(p-Gr).利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附-脱附(N_2adsorption-desorption)等手段对所得材料进行了表征,并考察了不同硫酸铵用量对所制材料电容性能的影响.结果表明,与未活化的石墨烯(Gr)相比(S_(BET)=70.5m~2/g),所制p-Gr-40具有更大的比表面积(S_(BET)=267.3m~2/g)、更为丰富的孔结构以及优异的电化学性能.在三电极超级电容器中,在电流密度为1A/g时,p-Gr-40比电容可达139.2F/g,远远高于Gr(56.5F/g);在对称两电极超级电容器中,在功率密度为160.03W/kg时,p-Gr-40的能量密度为12.98Wh/kg,其比电容在充放电循环10 000圈后仍保持基本不变.这些优异的电化学性能源于其多孔结构及杂原子(如氮)掺杂.     

微波诱导液相无焰燃烧法制备LiMn1.925Cu0.075O4正极材料及电化学性能

采用微波诱导液相无焰燃烧法快速制备LiMn_1.925Cu_0.075O₄正极材料.通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)测试手段表明,Cu掺杂未改变尖晶石LiMn₂O₄的晶体结构;随着焙烧时间的延长,颗粒尺寸逐渐增大,晶界逐步清晰;Cu²⁺进入LiMn₂O₄晶格中.电化学测试表明,二次焙烧8 h的LiMn_1.925Cu_0.075O₄正极材料表现出优异的电化学性能.在1 C倍率下,首次放电比容量为110.9mA·h·g^-1,循环400次后容量保持率63.9%;在5 C和10 C高倍率下可实现1 000次循环,首次放电比容量分别为108.9、94.8 mA·h·g-1,保持率分别为61.3%、68.1%. Cu掺杂有效抑制Mn的溶解和Jahn-Teller效应,提高材料的结构稳定性与电化学...     

氮掺杂多孔MOF衍生碳电极的构筑及其电化学性能

通过两步法成功将氮掺杂石墨烯量子点(N-doped graphene quantum dots,N-GQDs)与金属有机骨架衍生碳材料(cZIF-8)组合制备出N-GQDs@cZIF-8超级电容器.1 mol/L H_2SO_4电解质中,该电极在0.5 A·g~(-1)电流密度下具有246.6 F·g~(-1)的比容量,在循环8000次时仍然保持83.7%的容量保留率,展现了优异的循环稳定性.同时, NGQDs@cZIF-8超级电容器在104.5 W·kg~(-1)的功率密度下获得了8.2 W·h·kg~(-1)的优异能量存储能力,这样显著的电化学性能主要因其具有高比表面积的三维结构和高赝电容活性的氮掺杂水平(10.13%),使其在超级电容器、锂离子电池等能量存储领域具有潜在的应用前景.     

基于第一性原理计算Co基尖晶石MCo2O4(M=Fe,Mn, Cu,Ni)磁性和电性

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对Co基尖晶石氧化物MCo₂O₄(M=Mn, Fe, Ni, Cu)的电子结构和磁学性质进行了计算，得出Co基尖晶石氧化物的稳定结构，总结了这些化合物呈正尖晶石和反尖晶石分布时的电子结构和磁构型.比较计算CoFe₂O₄和FeCo₂O₄发现改变阳离子的分布会影响材料的电学性质，通过研究得出，Co基尖晶石氧化物结构为正尖晶石的材料都具备铁磁性，结构为反尖晶石的材料都具备亚铁磁性.     

Mg掺杂Mn1.5Cr1.5O4固体氧化物燃料电池阴极材料的性能研究

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)阴极材料的高稳定性、高催化性能是其获得商业化应用的前提。尖晶石氧化物具有良好的稳定性与兼容性,这使得其成为最具发展潜力的SOFC阴极材料之一。本文通过Mg掺杂对尖晶石氧化物Mn_1.5Cr_1.5O₄阴极材料进行改性处理,研究了Mg掺杂量对Mn_1.5Cr_1.5-xMg_xO₄(x=0,0.075,0.150,0.225)阴极材料微观结构、物相组成、电导率、热膨胀系数及其作为对称电池阴极时电化学性能等方面的影响。结果表明,当Mg掺杂量x为0.150时,Mn_1.5Cr_1.35Mg_0.15O₄具有最大的电导率和最小的极化阻抗,在800℃下分别可达0.168 S/cm和1.84Ω·cm²,表明适量的Mg掺杂不仅提高了Mn_1.5Cr_1....     

纳米TiO2/多孔碳复合材料的制备及其超级电容器性能的研究

针对传统超级电容器中碳质材料受比表面积和孔径限制导致的比电容小,能量密度低(<10 Wh·kg^-1)等问题,本工作利用瞬时纳米沉降技术(FNP)成功合成了SiO₂/MXene复合物,后利用聚四氟乙烯(PTFE)在800℃下进行热处理得到负载微量TiO₂颗粒的多孔碳材料(TiO₂/PC-800)。这种多孔结构可以提供更大有效比表面和化学反应活性位点,有利于缩短离子传输路径,加快离子传输。电化学测试结果表明TiO₂/PC-800具有较高的比电容,在0.5 A·g^-1的电流密度下比电容为215.5 F·g^-1,同时还具有优异的循环稳定性,在10 A·g^-1的大电流密度下循环5 000圈后比电容保持率为98.6%。组装的TiO₂/PC-800//TiO₂/PC-800对称型超级电容器在0.7 kW·kg^-1的功率密度下获得的能量密度高达50.8 Wh...     

氮掺杂石墨烯负载钴基多组分纳米粒子作为锌空气电池的先进阴极催化剂

为了提高锌空气电池 (ZABs) 中阴极氧气还原反应 (ORR) 的效率,本文提出了一种吸附–络合–煅烧方法,在石墨烯纳米片上形成包含 Co、Co₃O₄ 和 CoN 的多组分钴基纳米粒子及大量N掺杂原子,获得 Co/Co₃O₄/CoN/NG复合材料。尺寸小于50 nm的Co/Co₃O₄/CoN 纳米粒子均匀分散在 N 掺杂石墨烯 (NG) 基底上,极大地改善了ORR的电催化行为。测试结果表明,所制备材料催化ORR的半波电位高达0.80 V vs. RHE,极限电流密度为4.60 mA?cm?2,与市售的铂/碳 (Pt/C) 催化剂接近。作为ZABs的阴极催化剂,该电池的比容量和开路电压分别为 843.0 mAh?g?1和1.41 V。优异的性能归因于高度分散的Co/Co₃O₄/CoN纳米颗粒和掺杂氮原子提供了大量的催化活性位点,以及石墨烯二维结构提供了高表面积及快速的电子传输通道。     

原位合成NiCo-MOF/MXene材料的电容性能研究

在不使用任何黏合剂的情况下,将镍钴双金属有机框架材料(NiCo-metal organic framework,NiCo-MOF)和MXene材料附着在泡沫镍(nickel foam,NF)表面,合成了高性能电极材料,这两种材料结合生长出的层状结构有利于离子的快速传导,减少了活性材料的无效堆砌,同时表现出理想的电化学性能。当投入原料的镍钴物质的量之比为1∶2时,制得的电极材料在5 mA/cm²的电流密度下表现出4.96 C/cm²的优良比电容。得到的电极与活性炭(activated carbon,AC)负极组装成不对称超级电容器后,在10.09 W/cm²的功率密度下,得到的超级电容器的能量密度可达到1 530 mWh/cm²,并且当功率密度升高到102.29 W/cm²时,能量密度仍可以保持在770 mWh/cm²。在15 mA/cm²的电流密度下,经过5 000次充放电循环后,不对称超级电容器的电容保持率为98.52%。     

混合溶剂沉淀法合成锂离子电池负极材料MnC2O4

在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)-水混合溶剂中用沉淀法合成锂离子电池负极材料MnC₂O₄,利用X射线粉末衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电测试和电化学阻抗谱研究反应时间对材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明：不同反应时间下制备的前驱体为柱状正交结构γ-MnC₂O₄·2H₂O,脱水后转变为介孔柱状正交结构β-MnC₂O₄。随着反应时间的延长,MnC₂O₄的粒径增大,比表面积先增大后减小。反应时间为24 h下合成柱状介孔MnC₂O₄颗粒的比表面为10.369 m²/g,平均孔径约为16 nm,在1、4 A/g下循环150次后的放电比容量分别为998、822 mAh/g,显示出较好的电化学性能。     

Co离子掺杂La2Ti2-xCoxO7的室温多铁性

通过向传统铁电材料La₂Ti₂O₇中引入磁性Co离子,成功制备出了新型室温多铁材料La₂Ti_2-xCo_xO₇(x=0、0.03、0.05、0.07)。测试结果表明,所有样品均为单相晶体结构,在x射线探测范围内无第二相杂质出现。适当浓度的磁性Co离子掺杂不仅可有效提高材料的饱和铁磁磁化强度,还可有效降低体系漏电流,提高La₂Ti₂O₇绝缘性,进而改善La₂Ti_2-xCo_xO₇铁电性和多铁性。对La₂Ti_2-xCo_xO₇等样品的顺磁、反铁磁和铁磁等复杂磁相互作用的微观机理进行了探讨。铁磁性的产生被认为与氧空位和过渡金属离子3d电子自旋之间的交换耦合作用有关。而对未掺杂的La₂Ti...     

Electrical conductivity optimization of the Na3AlF6-Al2O3-Sm2O3 molten salts system for Al-Sm intermediate binary alloy production

Metal Sm has been widely used in making Al-Sm magnet alloy materials. Conventional distillation technology to produce Sm has the disadvantages of low productivity, high costs, and pollution generation. The objective of this study was to develop a molten salt electrolyte system to produce Al-Sm alloy directly, with focus on the electrical conductivity and optimal operating conditions to minimize the energy consumption. The continuously varying cell constant (CVCC) technique was used to measure the conductivity for the Na₃AlF₆-AlF₃-LiF-MgF₂-Al₂O₃-Sm₂O₃ electrolysis medium in the temperature range from 905 to 1055℃. The temperature (t) and the addition of Al₂O₃ (W(Al₂O₃)), Sm₂O₃ (W(Sm₂O₃)), and a combination of Al₂O₃ and Sm₂O₃ into the basic fluoride system were examined with respect to their effects on the conductivity (κ) and activation energy. The experimental results showed that the molten electrolyte conductivity increases with increasing temperature (t) and decreases with the addition of Al₂O₃ or Sm₂O₃ or both. We concluded that the optimal operation conditions for Al-Sm intermediate alloy production in the Na₃AlF₆-AlF₃-LiF-MgF₂-Al₂O₃-Sm₂O₃ system are W(Al₂O₃) + W(Sm₂O₃)=3wt%, W(Al₂O₃):W(Sm₂O₃)=7:3, and a temperature of 965 to 995℃, which results in satisfactory conductivity, low fluoride evaporation losses, and low energy consumption.     

石墨烯-铁氰化镍的制备及对H2O2电催化性能研究

首先采用一步化学法合成了铁氰化镍纳米微粒,将该产物和热还原石墨烯超声分散后制备出性能稳定的石墨烯-铁氰化镍复合物,利用扫描电镜、透射电镜及傅里叶红外技术对石墨烯和石墨烯-铁氰化镍复合物进行了形貌和结构性能表征。采用电化学技术考察了石墨烯-铁氰化镍复合材料对过氧化氢(H₂O₂)的电催化性能。实验结果表明该电极材料对过氧化氢表现出优异的电催化活性。另外在1×10^-4～8×10^-4 mol·L^-1范围内,峰电流与H₂O₂浓度呈良好的线性关系。该复合电极材料有望用作灵敏检测过氧化氢的传感平台。     

NiCo2O4@PANI复合材料的制备及其电化学性能研究

通过水热处理及电化学沉积,在集流体泡沫镍上原位生长出NiCo₂O₄@PANI复合材料.通过扫描电镜观察到泡沫镍上均匀分布着表面粗糙的纳米棒阵列,这种结构有利于电极材料与电解液的充分接触与反应;PANI(聚苯胺)的包覆增加了NiCo₂O₄的导电性,降低了载流子传输的活化能,因而表现出优异的电化学性能.在1 mA·cm^-2的电流密度下,复合材料的比电容为2 307.15 F·g^-1.当电流密度提升到20 mA·cm^-2后,比电容的保留率为78.13%.在10 mA·cm^-2电流密度下,循环2 000次后,比电容保留率为85.46%.测试结果证明该复合材料作为电极材料,在超级电容器的应用中有着巨大的潜力.     

通过构建Li2ZnTi3O8@LiAlO2复合物来实现高性能的储锂材料

立方尖晶石结构的Li₂ZnTi₃O₈（LZTO）具有成本低和安全性高的优势,被认为是代替碳材料作为锂离子电池负极材料的理想选择。然而,Li+和Zn2+离子位于LZTO的四面体位点,在一定程度上阻碍了离子的迁移,导致LZTO电导率差,锂离子扩散系数低。LiAlO₂的包覆有效避免了电极表面与有机电解质的接触,从而减少了副反应的发生。因此,本文采用简单的高温固相法合成了Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂复合材料。结果表明:LiAlO₂改性未改变LZTO的形貌和粒径,但是提高了其结构稳定性、锂离子脱嵌的可逆性和电化学活性,促进了锂离子的迁移。Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂ (8wt%)在0.5 C、1 C、2 C、3 C和5 C时的充电容量分别为203.9、194.8、187.4、180.6和177.1 mAh·g?1,表现出良好的倍率性能。然而,在相同的倍率下,纯LZTO仅有134.5、109.7、89.4、79.9和72.9 mAh·g?1的容量。即使在较大的充放电倍率下,Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂(8wt%)材料也表现出良好的循环性能。在5 C倍率循环150次后后,Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂(8wt%)仍具有263.5/265.8 mAh·g?1的充放电容量。LiAlO₂的引入增强了LZTO材料的电子导电性,使Li₂ZnTi₃O₈@LiAlO₂复合材料具有优异的电化学性能。