生物质炭的杂元素掺杂及其在电极中的应用

近些年,由于制备工艺的不断优化,生物质炭材料作为储能器件(锂离子电池、超级电容器、锂硫电池等)的电极材料得到了快速发展.与此同时,由于存在首次库伦效率低,不可逆容量大,电压滞后,大电流充放电能力弱等问题,大大阻碍了生物质炭材料作为电极材料的应用.而通过杂元素掺杂生物质炭(尤其是杂原子掺杂),可以有效地提高炭材料的润湿性和电子传导性,增加炭材料的缺陷以及活性位点,使其具有优异的电化学性能.本文归纳了杂元素掺杂生物质炭的研究进展,分别对其制备方法,以及在锂离子电池、超级电容器和锂硫电池等能源领域中的应用和前景进行介绍.     

氮掺杂酸角衍生多孔碳的制备及电容性能研究

随着化石燃料的加速消耗和能源危机的日益加剧,作为新型储能元件的超级电容器引起了研究人员极大的关注.本文通过水热法制备了生物质衍生多孔碳,并对该材料的微观结构和元素组成进行分析,研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能.结果表明,经过掺氮处理的酸角衍生多孔碳材料其比电容从166 F·g-1提高到了232 F·g-1,说明掺杂能有效提高生物质衍生多孔碳材料的电容性能.     

基于生物质衍生自支撑阴极的锂二氧化碳电池

锂二氧化碳电池通过捕获、转化二氧化碳为储能物质,既可以减少二氧化碳排放量又可以作为创新的储能装置,引起了研究者们的广泛关注.但是,目前锂二氧化碳电池还存在着放电容量低,循环性能差等缺点.本文通过对天然松木碳化制备无粘结剂自支撑阴极材料用于锂二氧化碳电池,得益于生物质衍生碳的多孔道特性和自支撑结构,极大地提高了锂二氧化碳电池的放电容量(4.12 mAh·cm-2)和循环性能(55圈).这种利用天然生物质衍生碳作为自支撑阴极的方法为提高锂二氧化碳电池性能提供了一种新的思路.     

生物质炭的制备、功能改性及去除废水中有机污染物研究进展

生物质炭具有原材料来源广泛、比表面积大、孔隙结构丰富、表面官能团易调控等优势,在有机污染废水处理领域展现良好的应用前景。然而,生物质炭的不同原材料、制备方法、改性措施等在很大程度上影响着生物质炭的物化性质,从而对有机污染废水表现出不同的性能和作用机制。本文主要基于生物质炭结构特性,针对其制备方法、改性手段和措施展开叙述,并总结了生物质炭用于有机污染废水处理的现状和未来发展机遇。     

石墨烯/Fe2O3纳米复合材料的制备及其储锂性能研究

采用软化学方法控制氧化石墨表面含氧官能团的数量,一步完成了石墨烯/Fe2O3纳米复合材料的控制合成.采用XRD和Raman光谱分析及TEM表征复合材料的组成、结构和微观形貌特征,并对石墨烯/Fe2O3复合负极的电化学储锂性能进行了研究.结果表明,石墨烯/Fe2O3复合材料作为锂离子电池负极材料具有较高的储锂容量和倍率性能,充放电循环性能稳定.在100 mA/g的电流密度下循环100次,可逆容量为606 mAh/g,放电效率保持在91;;在2 A/g下放电容量是其在250 mA/g下放电容量的58.2;.     

铁基氮化物在储能及电催化领域中的研究进展

氮化铁具有硬度高、熔点高、热导性高、耐腐蚀、安全无污染、电子导电性优异以及类铂的电子结构等优势,且其原材料资源丰富、成本低廉,在储能与电催化等众多领域中有着极大的应用前景。本文综述了铁基氮化物在结构、制备、性能和应用方面的研究进展,重点关注其制备方法和在储能领域(如锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池)、电催化领域(如氢析出反应、氧析出反应、氧还原反应)中的应用,同时对铁基氮化物存在的主要问题进行了总结,对其未来的研究方向和应用前景进行了展望。     

超级电容器用MnO2基复合电极材料研究现状与展望

超级电容器因其功率密度高、环保性能优异等特点引起人们的兴趣.二氧化锰具有天然含量丰富、绿色环保、高比容量和晶体结构多样性等优点,是一种优良的电极材料.但二氧化锰的导电性能差,工作过程中结构不稳定等缺点严重影响了其电化学性能.本文对本课题组和国内外学者多年来对MnO2应用金属掺杂、硫化物、碳材料、导电聚合物复合、微观结构改性构建核壳结构等研究成果进行总结概括,并展望今后的工作研究方向和重点.     

水热法制备ZnO/石墨烯复合材料及其电化学性能研究

采用水热法制备ZnO/石墨烯复合材料,研究了ZnO、石墨烯不同配比与其电化学性能的关系.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电、循环伏安法和交流阻抗等测试方法对复合材料结构、形貌及电化学性能进行表征,并通过电池解扣结合SEM和EDS进一步研究电极充放电前后的形貌及组分变化.结果表明,ZnO与石墨烯质量比为1∶1时电化学性能最好,在50 mA/g电流密度下首次可逆比容量高达680 mAh/g,且循环100次之后仍保持相对最高.电池解扣分析证明电极材料在充放电过程中表面会产生微裂纹影响其电化学性能.     

水热法制备铝掺杂二氧化锰及其储锌性能的研究

可充电水系锌锰电池成本低、环保无毒、安全性好,在大规模储能领域具有广阔应用前景.然而,该电池中不仅存在MnO2正极导电率低、结构稳定性差等问题,而且存在负极锌枝晶生长与析氢腐蚀问题,这严重制约了电池循环稳定性的提升.本文采用水热法制备了Al掺杂二氧化锰作为锌锰电池的高稳定性正极材料,并通过X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)详细讨论了Al掺杂对MnO2物相、形貌、含水量与电化学性能的影响.研究表明,Al掺杂不仅使样品由微米级β-MnO2转变为纳米级α-MnO2,还使产物中结晶水含量增加.作为锌锰电池正极材料,所制备的Al掺杂MnO2在1 A·g-1高电流密度下500次循环后剩余容量高达150.1 mAh·g-1,循环稳定性远优于未掺杂的MnO2样品(500次循环后容量为97.8 mAh·g-1).本研究对高性能锌锰电池的开发具有一定启示意义.     

多孔碳化棉复合SnO2锂离子电池负极材料的制备及性能研究

以脱脂棉为原料通过Mg2+模板法获取多孔碳化棉结构,再通过水热法在其表面及内部孔隙负载SnO2颗粒,获得多孔碳化棉与SnO2颗粒的复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、X射线衍射分析(XRD)分析材料的微观形貌,利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试评价其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,通过Mg2+模板法获取负载有SnO2颗粒的多孔碳化棉结构作为负极材料时,在300 mA/g的电流密度下,其容量在100圈后仍维持在500 mAh/g,是一种前景较为理想的锂离子电池负极复合材料.