直接甲醇燃料电池动态行为的交流阻抗研究

采用交流阻抗法(EIS)研究了直接甲醇燃料电池(DMFC)放电状态下的动态电化学行为及内部作用机理. 通过L1R1[QR2(L2R3)]形式的等效电路对其阻抗图谱进行了较好的模拟解析, 研究结果表明, 高频电感(L1)相关于EIS的测量过程; 系统电阻(R1)和电荷转移电阻(R2)随工作电流的升高均呈下降趋势, 但传质状况对其具有一定干扰; 低频电感(L2)和低频电阻(R3)随电流的升高均逐渐降低, 这共同反映出阳极甲醇的电氧化行为; 电极反应驱动力和内部传质共同决定常相位角元件Q的变化规律, 随着放电电流的升高, 电池内部表现出了由理想电容到浓差极化的中间过渡过程.     

Li3V2(PO4)3电极过程及其锂离子脱嵌动力学研究(Ⅰ)

采用溶胶凝胶法合成了Nasicon化合物Li3V2(PO4)3,采用X射线衍射(XRD)对产品进行了物相分析.采用充放电测试,循环伏安(CV)研究了化合物的电化学性能和锂离子的脱嵌过程,计算出Li+在固相中的扩散系数(10-8 cm2·s-1);采用交流阻抗测试(EIS)研究了Li3V2(PO4)3的电极过程;对两种类型的阻抗图谱提出不同等效电路模型并对结果进行了拟合;研究了Li3V2(PO4)3电极过程动力学以及新鲜电极界面在充放电过程中的变化特性.     

有机涂层失效过程的电化学阻抗和电位分布响应特征

结合使用电化学阻抗谱(EIS)和扫描Kelvin探针(SKP)技术研究了在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的铁基有机涂层劣化过程特征. 结果表明, 根据EIS和SKP的响应特征, 可将涂层劣化过程分为3个主要阶段: (Ⅰ) 涂层渗水阶段. 此时, 涂层渗水阶段的EIS阻抗持续减小, 但保持单容抗弧特征, SKP特征是电位持续降低, 但分布保持均匀; (Ⅱ) 基底金属腐蚀发生阶段. 此时, EIS阻抗快速下降, 并产生第二时间常数; SKP特征为表面电位差增大; (Ⅲ) 基底金属腐蚀发展与涂层失效阶段. 此时, EIS出现扩散尾, SKP电位差保持较大数值. 实验结果表明, 在研究有机涂层劣化过程中, EIS和SKP的结合使用能够互相补充完善, 获得涂层劣化过程中更为准确\, 可靠的变化信息.     

大尺寸固体氧化物燃料电池的电极过程解析方法

电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)作为一种原位/非原位的电化学表征技术,在固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)尤其是小尺寸电池的研究中得到了广泛应用,而工业大尺寸电池的EIS研究较少且大多基于小尺寸电池的研究结果。本文对工业尺寸(10 cm × 10 cm)阳极支撑平板式SOFC搭建了EIS测试系统,并改变电池运行温度、阳极/阴极气体组分,对该电池进行了系统的EIS测试,而后采用不基于先验假设的弛豫时间分布法(Distribution of Relaxation Times,DRT)对EIS数据进行解析。通过比较分析不同条件下的DRT结果,揭示了DRT中各特征峰与电池中具体电极过程的对应关系。与小尺寸电池相比,由于大尺寸电池的有效面积较大且入口流量较小,气体转化过程在大尺寸电池中不容忽视。本文通过解析EIS实现了对工业大尺寸SOFC单电池中各项电极过程的分辨,该方法及结果能够进一步应用于SOFC原位表征、在线监测以及衰减机理等相关研究。     

电化学法制备Ni-W-P纳米线阵列电极及其催化析氢性能

采用二次氧化法制备了多孔阳极氧化铝(AAO)模板, 通过控制电位沉积技术在AAO模板内组装了Ni-W-P合金纳米线阵列. 在扫描电子显微镜(SEM)下观察到Ni-W-P纳米线表面光滑, 长约20 μm, 直径均匀(约为100 nm), 与AAO模板孔径基本一致. 阴极极化曲线和交流阻抗图谱(EIS)的测试结果表明, Ni-W-P合金纳米线阵列电极析氢反应(HER)电阻减小, 具有更高的催化析氢活性, 电流密度为10 mA·cm^-2时, 析氢极化电位较Ni-W-P合金电极正移约250 mV.     

复方丹参片的高效液相色谱/质谱特征图谱研究

研究了复方丹参片乙醇提取物电喷雾离子阱质谱(ESI-MS)和(HPLC-MS)特征图谱,并对特征图谱中各主要峰进行了初步定性分析,为复方丹参片的快速指纹鉴别提供了新方法。     

高倍率尖晶石型Li_4Ti_5O_(l2)/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)为螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5Ol2/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5Ol2/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料的电化学性能.     

染料敏化太阳电池阻抗特性研究

电化学阻抗谱(EIS)是染料敏化太阳电池(DSC)领域中最重要的研究手段之一。本文详细介绍了EIS在DSC研究中的理论模型、实验方法、内部电荷传输和转移过程、阻抗信息提取和动力学过程解析的最新研究进展;综述了其在光阳极、电解液体系、对电极、稳定性、新结构设计等DSC各个研究领域中的应用,特别总结了DSC内部各个组成部分的阻抗特性。最后,对这些方面存在的问题进行了评论,并对未来新材料和电池机理的深入研究进行了展望。     

高倍率尖晶石型Li4Ti5O12/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5O12/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5O12锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5O12/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0 mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5O12锂离子电池负极材料的电化学性能.     

硝酸活化三聚氰胺前驱体对g-C3N4结构和可见光催化性能的影响

为缩短e-和h+的迁移途径而改善g-C3N4易发生光生载流子复合的缺陷,采用不同物质的量浓度的HNO3活化三聚氰胺前驱体,通过形成质子化氨基基团,制备了一系列x-HNO3-g-C3N4(x=1,2,3,4,5 mol·L^-1)光催化剂。采用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、瞬态光电流响应谱(TCS)和电化学阻抗图谱(EIS)等测试手段对上述光催化剂进行了表征分析,以考察催化剂的结构与其光催化性能之间的影响作用规律。以罗丹明B(RhB)为模拟染料污染物,分别以x-HNO3-g-C3N4和直接煅烧三聚氰胺得到的g-C3N4为光催化剂,进行了可见光催化降解活性差异性能测试研究。由实验结果可知:3 mol·L^-1-HNO3-g-C3N4的光催化活性最高,相较于直接煅烧三聚氰胺得到的g-C3N4,在60 min内,其可将RhB的降解率从38%提高到99%。将3 mol·L^-1-HNO3-g-C3N4催化剂循环使用4次后,催化效果仍为99%。这是因为三聚氰胺前驱体经HNO3活化后,可使经热聚合制备而成的g-C3N4产品具有较高的聚合度,从而得到具有大比表面积的多层g-C3N4;此外,PL结果证明其荧光强度明显降低,而使载流子寿命获得了显著提高;EIS结果表明其载流子传输能力有了明显的增强,从而提高了g-C3N4的光催化活性。     

尖晶石锂锰氧化物锂离子嵌脱过程的交流阻抗谱研究

用粉末微电极研究了尖晶石锂锰氧化物在不同嵌锂状态下嵌脱锂过程的交流阻 抗图谱，提出了新的等效电路模型。描述锂离子在固体中扩散的Warburg阻抗与累 积或消耗的嵌入电容在Lix MnO4中的x≤0．5时串联，0．5＜x≤1时并联。用提出 的等效电路模型分阶段拟合了实验所得的交流阻抗谱，拟合值与实验值相当吻合， 由拟合结果得到不同电位下锂离子在表面膜中的迁移电阻和电容，界面电荷传递电 阻，双层电容，锂离子在固体中扩散系数和累积或消耗的嵌入电容。     

Lithium ion phase-transfer reaction at the interface between the lithium manganese oxide electrode and the nonaqueous electrolyte

The lithium ion phase-transfer reaction between the spinel lithium manganese oxide electrode and a nonaqueous electrolyte was investigated by the ac impedance spectroscopic method. The dependence of the impedance spectra on the electrochemical potential of the lithium ion in the electrode, the lithium salt concentration in the electrolyte, the kind of solvent, and the measured temperature were examined. Nyquist plots, obtained from the impedance measurements, consist of two semicircles for high and medium frequency and warburg impedance for low frequency, indicating that the reaction process of two main steps for high and medium frequency obey the Butler-Volmer type equation and could be related to the charge-transfer reaction process accompanied with lithium ion phase-transfer at the interface. The dependency on the solvent suggests that both steps in the lithium ion phase-transfer at the electrode/electrolyte interface include the desolvation process and have high activation barriers.     

Hierarchical Surface Atomic Structure of a Manganese‐Based Spinel Cathode for Lithium‐Ion Batteries

The increasing use of lithium‐ion batteries (LIBs) in high‐power applications requires improvement of their high‐temperature electrochemical performance, including their cyclability and rate capability. Spinel lithium manganese oxide (LiMn₂O₄) is a promising cathode material because of its high stability and abundance. However, it exhibits poor cycling performance at high temperatures owing to Mn dissolution. Herein we show that when stoichiometric lithium manganese oxide is coated with highly doped spinels, the resulting epitaxial coating has a hierarchical atomic structure consisting of cubic‐spinel, tetragonal‐spinel, and layered structures, and no interfacial phase is formed. In a practical application of the coating to doped spinel, the material retained 90 % of its capacity after 800 cycles at 60 °C. Thus, the formation of an epitaxial coating with a hierarchical atomic structure could enhance the electrochemical performance of LIB cathode materials while preventing large losses in capacity.     

尖晶石LiMn2O4中锂离子嵌入脱出过程的电化学阻抗谱研究

运用电化学阻抗谱(EIS)研究了尖晶石LiMn2O4电极的首次充放电过程. 发现EIS谱高频区域拉长压扁的半圆是由两个半圆相互重叠而成的, 分别归属于与锂离子通过固体电解质相界面膜(SEI膜)的迁移和与尖晶石LiMn2O4材料的电子电导率相关的特征. 通过选取适当的等效电路, 对实验所得的电化学阻抗谱数据进行拟合, 获得尖晶石LiMn2O4电极首次充放电过程中SEI膜电阻、电子电阻和电荷传递电阻等随电极极化电位变化的规律. 根据研究结果提出了嵌锂物理机制模型.     

Electrochemical properties of niobium and phosphate doped spherical Li-rich spinel LiMn2O4 synthesized by ion implantation method

Spherical Li-rich lithium manganese oxide(LMO) spinel material was synthesized by an ion implanted method assisted by polyalcohol doped with Niobium and Phosphate simultaneously.The material was characterized by scanning electron microscopy,X-ray diffraction and BET specific surface area analysis.The electrochemical performances were investigated with galvanostatic techniques and cyclic voltammetry.The synthesis process was investigated with TG/DSC.The results show that the lithium ion can be immersed into the pore of manganese dioxide at a low temperature with the ion implanted method.The prepared materials have a higher discharge capacity and better crystallization than those prepared by solid phase method.The doped Nb can improve the capacity of the Li-rich LMO spinel and reinforce the crystal growth along(111) and(400) planes.The crystal grains show circular and smooth morphology,which makes the specific surface area greatly decreased.Phosphate-doped LMO spinel exhibits good high-rate capacity and structure stability.The prepared Li_(1.09)Mn_(1.87)Nb_(0.031)O_(3.99)(PO_4)_(0.021)delivers a discharge capacity of 119mAhg~(-1) at 0.2C(1C=148mAg~(-1)) and 112.8 mAhg~(-1) at 10 C,the discharge capacity retention reaches 98% at 1 ℃ after 50 cycles at 25 ℃ and 94% at 55 ℃.     

尖晶石LiMn2O4锂充放电池的电化学研究

本文报导尖晶石型ＬｉＭｎ２Ｏ４化合物的制备方法，用循环伏安法和交流阻抗技术研究了Ｌｉ／有机电解液／ＬｉＭｎ２Ｏ４电池的电化学行为，用分形理论首次考察和进一步讨论电极材料的阻抗行为随锂离子嵌入或脱嵌电极时的变化。     

镁离子电池正极材料Mg1.2Mn1.8O4的电化学性能研究

用髙温固相合成方法,合成了具有尖晶石结构的Mg_1.2Mn_1.8O₄材料,并用X射线衍射(XRD)实验和扫描电镜(SEM)实验对产物进行了研究,利用充放电和交流阻抗实验,研究了Mg_1.2Mn_1.8O₄在非水有机电解液中脱嵌镁离子的性能.通过交流阻抗研究发现,镁离子嵌入的电化学过程为混合控制.     

Electrochemical features of ball-milled lithium manganate spinel for rapid-charge cathodes of lithium ion batteries

Lithium manganese oxide (LMO), mechano-chemically modified by ball-milling, is a potentially useful active material for high-power-density cathodes of lithium ion batteries. The present work investigates the electrochemical characteristic of a cathode prepared from a controlled mixture of nano- and micrometric LMO particles processed in this approach. The nanoparticles in the mixture support surface-localized insertion/extraction of Li and thus increase the cathode charge/discharge rates. The LMO micro-particles promote cathode cyclability by stabilizing the coexisting nanoparticles against segregation and strong electrolyte reactions. The underlying mechanisms of these effects are studied here using voltammetry, galvanostatic cycling, Ragone plot construction, and electrochemical impedance spectroscopy. The relative timescales of charge transfer and diffusion of Li⁺ within the LMO lattice are determined, and the criteria for material utilization during rapid charge–discharge are examined.     

掺钛尖晶石锂锰氧化物的合成、结构及电化学性能研究

以掺钛电解二氧化锰为锰源合成了一系列掺钛尖晶石锂锰氧化物样品.实验结果表明,无论是在新制样品40次循环的充放电实验中,还是在经过40次循环充放电并在放电状态下贮藏3个月的再次充放电实验中,掺钛样品均具有极好的电化学性能.600℃掺钛样品在第一循环中的放电容量达到206mA·h/g.在放电态贮藏3个月后,再次充放电实验中,第一循环的放电容量达到144mA·h/g.XRD分析表明,掺钛样品仍然具有立方结构.还用红外和拉曼光谱技术研究了钛对尖晶石锂锰氧化物的电化学性能的改善作用.     

结晶度对尖晶石LiMn_2O_4动力学性质的影响

应用溶胶-凝胶法制备两种结晶度尖晶石锂锰氧化物.X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)、扫描电镜(SEM)、恒电流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)等方法测试表明:以较高温度焙烧制得的L iMn2O4样品结晶度较高,但结晶度较低的样品却具有较高的放电容量和较好的循环稳定性,这主要是结晶度较低的样品具有较快的电荷交换速率和锂离子扩散速率.