中性水溶液高容量TiB_2负极的电氧化反应

本文报道了TiB2作为阳极材料在中性水溶液中的电化学行为.结果表明TiB2在KF水溶液中释放出超高电化学容量:在电流密度为50 mA/g时,容量可以达到1300 mAh/g,超过目前报道的所有金属电极的容量.在放电过程中,二硼化钛中的硼发生电化学氧化反应生成硼氟酸根,而其中的钛则形成金属单质.因此二硼化钛可以作为一种阳极材料构建高比容量中性化学电源体系.     

超细非晶态Fe-B和Co-B合金粒子的电化学行为

应用溶液还原法合成超细非晶态合金Fe B和Co B粒子,并研究这类材料的电化学行为.结果表明,尽管碱性溶液中单质硼和钴表现为电化学惰性,而单质铁的电化学活性很低,但Fe B和Co B却表现出特殊的电化学活性和放电容量.在100mA/g的恒流放电条件下,Co B和Fe B的比容量分别为1100mAh/g和1200mAh/g,远高于单质金属或硼元素预期的放电容量.这种超细非晶态合金(UAAP)电极的电化学活性可能来自于金属硼化物的电子性质,非晶态特征与纳米尺度的协同效应,前两因素使硼元素的活化和电子导电性得到改善,后者则增强了材料的反应活性和电化学利用率.     

碳纳米管的电化学贮氢性能研究

研究了碳纳米管电极的电化学性能 ,其电化学储氢量达到 2 0 0mAh·g 1且具有高的电化学活性和良好的循环寿命 .采用循环伏安法研究了氢在碳纳米管电极上吸附 /氧化机理 .     

贮氢电极合金ZrCr_(0.4)Mn_(0.2)V_(0.1)Co_(0.1)Ni_(1.2)高温电化学性能的研究

研究了AB2型Laves相贮氢电极合金ZrCr0.4Mn0.2V0.1Co0.1Ni1.2在不同温度下的放电容量、活化、高倍率和自放电等电化学性能.实验表明:25℃下,合金电极经13次循环后其最大放电容量为336mAh/g,在70℃下,仅需4次循环就达到298mAh/g;该合金在70℃,300mA/g电流下的高倍率放电性能比25℃时提高了约16%,但自放电性能却从3%/d下降到17%/d,虽然温度升高,合金的循环性能有所下降,但还是相当稳定的.这主要是因为循环过程中合金表面形成的氧化膜阻碍了合金元素进一步溶解造成的.     

单斜ZnP2负极材料的锂化机理及性能

过渡金属磷化物电位低且比容量高, 是有发展前景的锂离子电池(LIBs)负极材料. 其中, ZnP₂属于双活性负极材料, Zn与P都能与Li⁺发生反应, 储Li⁺性能更具有竞争力. 但是, 对于ZnP₂的锂化机理及产物尚不明确. 采用第一性原理计算和电化学测试方法研究了ZnP₂的电子性质和电化学性能, 通过理论计算和实验测试相结合阐述了ZnP₂的锂化机制. 首先, 以密度泛函理论(DFT)计算揭示了ZnP₂的锂化机理、Li⁺扩散路径、势垒和理论比容量(1477 mAh/g). 其次, 通过直流电弧等离子体法及固相烧结法合成ZnP₂, 并测试其首圈放电曲线, 显示放电容量为1439 mAh/g, 与理论计算结果相近. 此外, 薄膜X射线衍射(XRD)检测最终产物成分为LiZn和Li₃P, 与DFT计算结果一致.     

电化学混合电容器用新型β-Ni(OH)2/CNTs纳米复合物

采用水热合成法制备出一种新型β-Ni(OH)2/碳纳米管(CNTs)纳米复合物,Ni(OH)2微晶粒径控制在50～80 nm之间,与CNTs直径相当,CNTs与Ni(OH)2质量比为1:15.将纳米复合物应用于活性炭(AC)/NiOOH电化学混合电容器,电化学测试表明:在0.4 A/g电流条件下,其放电比容量达279 mAh/g,是β-Ni(OH)2理论容量的96.5%;当电流密度从0.4 A/g增加至8 A/g时,电容器的容量保持率在76.5%以上,高倍率充放电特性优异.此外,纳米复合物良好的电化学可逆性使AC/NiOOH电化学混合电容器更易活化,并具有较高的充放电效率和良好的循环稳定性能.     

锂离子电池正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的合成及电化学性能研究

以LiOH•H₂O, Ni₂O₃, Co₃O₄和MnO₂为原料, 经过机械活化后在空气气氛下经高温烧结, 合成了锂离子电池正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征. 结果表明, 900 ℃下烧结10 h后可获得晶粒细小均匀的层状Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂材料, 并具有良好的电化学性能, 在室温下以60 mA/g的电流充放电, 首次放电比容量可达到248.2 mAh/g, 循环50次后放电比容量为239.4 mAh/g, 容量保持率为96.45％. 测试了该材料的高低温循环性能.     

Ni3S2@碳纳米管复合材料的制备及其储钠性能

采用一步固相煅烧工艺制备了碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒（Ni₃S₂@CNT）,并研究了其作为钠离子电池（SIBs）负极材料的电化学性能. 通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、循环伏安测试、恒流充放电以及交流阻抗等研究了Ni₃S₂@CNT的物相结构、形貌特征以及电化学性能. 电化学测试表明,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,放电容量可以达到541.6 mAh·g ^-1,甚至在2000 mA·g ^-1的大电流密度下其放电比容量也可以维持在274.5 mAh·g ^-1. 另外,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,经过120周充放电循环后其放电和充电比容量仍然可以保持在374.5 mAh·g ^-1和359.3 mAh·g ^-1,说明其具有良好倍率性能和循环稳定性能. 良好的电化学性能归因于这种独特的碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒结构. 碳纳米管不但可以提高复合材料的导电性,也可以缓冲Ni₃S₂纳米颗粒在反复充放电过程中产生的体积膨胀效应,明显改善了Ni₃S₂@CNT负极复合材料的电化学性能.     

脉冲激光沉积CuF2薄膜的电化学性能

采用脉冲激光沉积法在不锈钢基片上制备了纳米结构的CuF2薄膜,其充放电性能显示该薄膜具有540mAh·g-1可逆容量,对应于每个CuF2可与2.0个Li发生反应.其循环伏安特性显示在2.2和2.8 V(νs Li/Li+)处出现了一对新的氧化还原峰.充放电后薄膜的组成与结构通过非原位高分辨电子显微和选区电子衍射来表征.结果揭示了纳米结构CuF2薄膜的电化学反应机理,LiF在过渡金属Cu的驱动下可以发生可逆的分解和形成.     

石墨烯-Li2MnSiO4复合正极材料的合成与电化学性能研究

采用水热辅助溶胶凝胶法成功合成了石墨烯-Li₂MnSiO₄锂离子电池复合正极材料. 利用XRD,SEM及TEM等手段表征了复合正极材料的组成和形貌,并测试了不同氧化石墨烯复合量正极材料样品（质量分数为2%,4%,6%,8%,10%,及未复合氧化石墨烯）的电化学性能. 研究结果表明,石墨烯与Li₂MnSiO₄材料均匀地复合在一起;添加适量的氧化石墨烯能促使Li₂MnSiO₄粒子的分布趋向疏松,并形成微孔结构;氧化石墨烯复合量为6%时形成的石墨烯- Li₂MnSiO₄样品电化学性能最佳,扣除碳含量后,以10 mA/g为电流密度,首周放电比容量为166 mAh/g,循环20周后放电比容量仍保持在101 mAh/g. 此外,与石墨烯复合后的Li₂MnSiO₄材料倍率性能也得到了明显的改善. 石墨烯的存在提高了复合材料的导电性,提升了Li₂MnSiO₄正极材料的可逆嵌脱锂容量.     

Effect of the Synthesis Method on the Functional Properties of Lithium-Rich Complex Oxides Li<Subscript>1.2</Subscript>Mn<Subscript>0.54</Subscript>Ni<Subscript>0.13</Subscript>Co<Subscript>0.13</Subscript>O<Subscript>2</Subscript>

Layered Li-rich transition metal oxides are considered among the most promising cathode materials for high energy density lithium-ion batteries. It was studied how the method and conditions of synthesis of Li-rich oxides Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ affect their electrochemical properties. Coprecipitation methods and modified Pechini process were used. It was shown that it is necessary to carefully choose the synthesis conditions when using the modified Pechini method because of their significant effect on the morphology of Li-rich oxides. Samples were obtained with high electrochemical characteristics: capacity discharge of 260–270 mAh/g (16 mA/g) and 60–70 mAh/g (988 mA/g) within the voltage range of 2.5–4.8 V.     

锂钛复合氧化物锂离子电池负极材料的研究

采用 3种化学方法合成锂钛复合氧化物 .应用X -射线衍射分析对其结构进行表征以及电化学性能测试 ,结果表明 :由Li2 CO3、TiO2 高温合成的锂钛复合氧化物为尖晶石结构的Li4Ti5 O12 .Li4Ti5 O12 电极在 1 .5V左右有一放电平台 ,充放电可逆性良好 ,即充电电压平台与此接近 ,且电极的比容量较大 ,循环性能良好 .以 0 .30mA·cm- 2 充放电时 ,首次放电容量可达 30 0mAh·g- 1,可逆比容量为 1 0 0mAh·g- 1,经多次充放电循环后 ,其结构仍保持稳定性 .试验电池测试表明 ,Li4Ti5 O12 可选作Li4Ti5 O12 /LiCoO2 锂离子电池的负极材料 .     

Metal–organic framework derived hierarchical porous TiO_2 nanopills as a super stable anode for Na-ion batteries

Hierarchical porous TiO_2 nanopills were synthesized using a titanium metal-organic framework MIL-125(Ti) as precursor. The as-synthesized TiO_2 nanopills owned a large specific surface area of 102 m~2/g and unique porous structure. Furthermore, the obtained TiO_2 nanopills were applied as anode materials for Na-ion batteries for the first time. The as-synthesized TiO_2 nanopills achieved a high discharge capacity of 196.4 m Ah/g at a current density of 0.1 A/g. A discharge capacity of 115.9 m Ah/g was obtained at a high current density of 0.5 A/g and the capacity retention was remained as high as 90% even after 3000 cycles. The excellent electrochemical performance can be attributed to its unique hierarchical porous feature.     

Synthetic boron-doped carbonado,a new electrode material: synthesis in C–metal–B growth systems aimed at the lowering of the synthesis temperature without loss of electrochemical activity

New electrode material—boron-doped synthetic carbonado (bulk polycrystalline diamond)—was synthesized at high pressures and high temperatures in the C–metal (Co, Ni, or Fe) –B growth systems. The metal borides were used as the growth medium-forming substances for graphite-to-diamond transformation at a temperature of ~?1300 °C and pressure of 8 GPa. For comparison, etalon carbonado-type electrode with nearly limiting concentration of boron in diamond was synthesized by subjecting the mixture of amorphous boron with graphite to much higher temperatures (2200–2500 °C) under the same pressure. Despite the lower content of boron in diamond synthesized in the presence of metal borides, these new boron-doped carbonado electrodes are not inferior to the etalon compact in their electrochemical activity, as judging by the onset potential of anodic chlorine evolution from KCl solution. The presence of metal-containing structural defects in boron-doped diamond matrix is supposed to be responsible for the somewhat enhanced catalytic activity of the electrodes. High-pressure synthesis of bulk metal-modified boron-doped diamond opens a new avenue in the development of superior functional electrode materials.     

锂离子电池正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2的制备及表征

以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧法制备了锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构,形貌及电化学性能进行了表征.结果表明:x=0.5时,在900°C下煅烧12h得到颗粒均匀细小的层状xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料,并具有良好的电化学性能,在室温下以20mA·g-1的电流密度充放电,2.0-4.8V电位范围内首次放电比容量高达260.0mAh·g-1,循环40次后放电比容量为244.7mAh·g-1,容量保持率为94.12%.     

热压法构筑锂负极聚偏氟乙烯基双功能保护层的研究

锂金属具有高比容量(3860 mA·h/g)和低电化学电位(-3.04 V vs. SHE), 是一种极具潜力的新型电池负极材料. 然而, 锂金属电化学稳定性差, 导致电池循环寿命受限, 容易产生枝晶, 造成电池短路, 引发安全风险, 而其对空气及环境的高度敏感性也极大增加了电池制作的难度与成本, 限制了其应用推广. 改善锂金属负极的界面稳定性被认为是提升锂金属电池性能的重要途径. 本文通过简单直接的热压法在锂金属负极表面构筑了聚偏氟乙烯(PVDF)基双功能保护层, 使锂金属的空气稳定性提升至约120 min, 并延长了锂金属对称电池的循环寿命至约1200 h; 再通过在PVDF保护层内引入亲锂的SnO₂粒子, 形成的无机有机复合保护层可以通过原位合金化反应提供锂沉积的形核位点, 在保持良好循环稳定性的基础上进一步降低成锂沉积的过电位, 极化过电位从0.016 V降低到0.007 V. 含有该保护层的全电池展现出约200次的长循环寿命与90%以上的高容量保持率, 在3C高倍率下放电比容量仍达127 mA·h/g. 提出的双功能电极界面保护层策略能有效提升锂金属负极空气稳定性和电化学性能.     

Compacts of Boron-Doped Synthetic Diamond: Lowering of Synthesis Temperature and Its Effect on the Doping Level and Electrochemical Behavior

Substituting of metal (Co, Ni) borides for boron carbide in the boron carbide–graphite growth system for the process of diamond growth in the region of diamond thermodynamic stability allowed lowering the synthesis temperature for the electrodes of this new electrode material―boron-doped diamond compacts―significantly (by ~1000°C) without any deterioration of their electrochemical properties. On the other hand, using of amorphous boron with finer grain as compared with the boron carbide, mixed with graphite, results in a marked increase of the electrodes’ electrochemical efficiency, due to increase in their roughness after the chemical removing of boron-containing inclusions from their surfaces. Thus obtained compact electrodes have wide potential window and low background current in supporting electrolytes, they are well reproducible. Special features of their electrochemical impedance spectroscopy are similar to those of the recently studied compacts synthesized on the basis of boron carbide.     

熔体旋淬合金Zr_(0.9)Ti_(0.1)(Ni,Co,Mn,V)_(2.1)的微结构与电化学性能

对比研究了熔体旋淬和常规熔铸合金Zr0 .9Ti0 .1(Ni,Co ,Mn ,V) 2 .1的微结构和电化学性能 .XRD分析表明 :熔体旋淬合金在退火前后的晶体结构和铸态合金一样 ,均为面心立方结构 ,由LaveC15相组成 ;并且随旋淬速度的增加 ,旋淬合金中的非晶成分越多 .电化学测试表明 :旋淬合金有较好的活化性能 ,但其最大放电容量较低 ,小于 2 80mAh/g ;而退火后的旋淬合金需经 30次循环才能完全活化 ,其最大放电容量皆为 34 0mAh/g左右 ,高于铸态合金和退火前的旋淬合金 ;在电流密度为 30 0mA/g下进行充放电循环 ,发现退火后的旋淬合金循环稳定性明显高于铸态合金电极 ,并且随旋淬速度的增加 ,循环稳定性越好 ,经过 80 0次循环后 ,退火后的 4 0m/s合金容量保持率高达 85 % ,容量衰减率只有 6.9%