电化学阻抗谱法研究Cu_6Sn_5合金负极相变过程

以粗糙铜箔为基底,采用一步电沉积法获得Cu-Sn合金,X射线衍射(XRD)测试结果显示其主要为Cu6Sn5合金相.扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明该合金表面由大量"小岛"组成,且每个"小岛"上存在大量纳米合金粒子.充放电测试结果表明,以该合金为锂离子电池负极,其初始放电(嵌锂)和充电(脱锂)容量分别为461和405 mAh·g-1.电化学阻抗谱测试结果显示,Cu6Sn5合金电极在阴极极化过程中分别出现了代表固体电解质界面膜(SEI膜)阻抗、电荷传递阻抗和相变阻抗的圆弧,并详细分析了它们的变化规律.     

界面法制备三嗪取代石墨炔及其储钠性能研究

以三乙炔基取代三嗪为反应前体,以醋酸铜为催化剂,研究了三嗪取代石墨炔（T-GDY）的两相合成方法,并对其储钠性能进行了研究。该方法所用反应前体能够在水和有机相的两相界面处与催化剂接触从而高选择性反应并生成T-GDY。所制备的T-GDY具有大量的活性异原子中心和均匀孔道构造,能够为钠离子提供大量的存储位点和传输通道。基于T-GDY的钠离子电池在100 mA g-1的电流密度下表现出了550 mA h g-1高比容量,在2000 mA g-1的电流密度下循环1000圈,仍有95%的容量保持率,展现出良好的储钠应用前景。此外,该合成方法还具有温和的反应条件、催化剂廉价、操作简便等优势,为石墨炔类衍生物的制备和性质研究提供了一种可行的研究方向。     

Analysis of diffusion induced elastoplastic bending of bilayer lithium-ion battery electrodes

Bilayer electrode, composed of a current collector layer and an active material layer, has great potential in applications of in-situ electrochemical experiments due to the bending upon lithiation. This paper establishes an elastoplastic theory for the lithiation induced deformation of bilayer electrode with consideration of the plastic yield of current collector. It is found that the plastic yield of current collector reduces the restriction of current collector to an active layer, and therefore, enhances in-plane stretching while lowers down the rate of electrode bending. Key parameters that influence the elastoplastic deformation are identified. It is found that the smaller thickness ratio and lower elastic modulus ratio of current collector to an active layer would lead to an earlier plastic yield of the current collector, the larger in-plane strain, and the smaller bending curvature, due to balance between the current collector and the active layer. The smaller yield stress and plastic modulus of current collector have similar impacts on the electrode deformation.     

石墨烯包覆富锂层状材料的制备及其电化学性能

应用共沉淀结合固相烧结合成了富锂层状氧化物（Li-rich layered oxide,LLO）Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂. 对制备的富锂材料用氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）包覆后,再经300 ^oC空气中煅烧,制备了石墨烯（Graphene,Gra）卷绕包覆的复合材料（LLO/Gra）. 使用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）及电化学方法表征所得样品. 结果表明,富锂层状氧化物均匀地卷绕在石墨烯中. 与原始富锂材料相比,石墨烯包覆后的复合材料表现出更加优异的电化学性能. 尤其是石墨烯卷绕可以改善富锂材料的导电性,提高材料的放电倍率性能,在2.0至4.8 V电压范围内,0.1C（20 mA·g^-1）电流充放电下,容量达270 mAh·g^-1,1C倍率下复合物的放电容量接近200 mAh·g^-1,比原始LLO材料170 mAh·g^-1提高了15%.     

锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展

随着新能源如电动汽车、储能电站的蓬勃发展,人们对下一代高性能锂离子电池的能量密度、功率密度和循环寿命提出了更高的要求. 而富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂（0 < x < 1,M = Mn、Co、Ni…）具有可逆比容量高（240 ~ 280 mAh·g^-1,2.0 ~ 4.8 V）、电化学性能较佳、成本较低等优点,已吸引了研究者的关注,有望成为下一代锂离子电池用正极材料. 本实验室采用固相法和溶胶-凝胶法制备不同的富锂锰基正极材料,其中,溶胶-凝胶法制得的Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂电极首周期放电比容量277.3 mAh·g^-1,50周期循环后容量272.8 mAh·g^-1,容量保持率98.4%. 本文重点结合本实验室的研究工作,对新型富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的结构、合成、电化学性能改性和充放电机理等进行总结与评述.     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的合成及性能研究

本文通过乙酸锂与二氧化钛反应,采用一步高温固相法在不同反应温度（750 °C/800 °C/850 °C）和反应气氛（氮气/空气）下合成Li₄Ti₅O₁₂材料. 通过热重分析、X射线衍射、扫描电子显微镜、循环伏安曲线和充放电曲线分析了Li₄Ti₅O₁₂的晶体结构,观察其微观形貌,并测试其电化学性能. 结果表明,800 °C氮气烧结得到的Li₄Ti₅O₁₂（L-800N）材料粒径较小,该材料在1.0C倍率下的首周期放电比容量达到170.7 mAh·g^-1,100周期循环后的容量保持率高达94.6%,即使是10C高倍率其首周期放电容量依然有143.0 mAh·g^-1,表现出了良好的倍率和循环寿命性能.     

深入原电池原理本质促进学生观念和能力的发展

在调查分析高三学生对原电池原理的理解及应用状况的基础上,论述了从电极电势及平衡移动的角度理解原电池中产生持续电流的原因,有助于学生能量观的建构及学生能力的发展。以高三原电池复习教学为例,阐述了促进学生理解学科知识本质的探究活动的设计。     

石墨烯基氧还原催化剂在金属空气电池中的应用

随着金属空气电池技术的不断发展,氧还原催化剂成为限制其动力化的最主要瓶颈之一。近几年来,石墨烯基氧还原催化剂(GORRC)由于优异的氧还原催化活性而备受关注。本文结合石墨烯基氧还原催化剂的研究现状,将其分为三类:石墨烯作氧还原催化剂载体,氮掺杂石墨烯作为氧还原催化剂,以及氮掺杂石墨烯与其他催化剂形成的复合催化体系,并对这三种石墨烯基氧还原催化剂进行了详细的综述。石墨烯作为一种优良的催化剂载体,能够显著降低活性物质负载量,提高氧还原催化剂的催化活性和长期稳定性。氮掺杂石墨烯显示了优良的氧还原催化性能。氮掺杂石墨烯与其他催化剂复合后,由于两者之间的相互作用,可得到性能更为优异的氧还原催化剂。最后,本文还对石墨烯基氧还原催化剂及其在金属空气电池中的研究前景和发展方向进行了展望,指出了将来的研究重点。     

全钒氧化还原液流电池碳素类电极的活化

近年来,全钒氧化还原液流电池(VRFB)作为一种新型的储能电池备受关注,作为VRFB的核心材料,电极的活化一直都是研究的热点。碳素类材料,如碳毡和石墨毡,以其低成本和高性能被广泛用作钒电池电极。通过活化处理增加碳素类电极表面的含氧、含氮官能团或引入各种催化剂可以显著提高V(Ⅴ)/V(Ⅳ)和V(Ⅲ)/V(Ⅱ)电对氧化还原反应的电化学活性和可逆性,进而提高VRFB的总体性能,最终促进VRFB的商业化进程。本文综述了VRFB碳素类电极的氧化活化法、掺杂活化法和碳纳米催化剂活化法等几种常用活化方法的研究进展,并对VRFB碳素类电极的进一步研究和应用前景进行了展望。     

钠离子电池Na2MnSiO4正极材料的合成、结构及其电化学性能研究

首次采用溶胶-凝胶法制备Na₂MnSiO₄/C纳米复合正极材料. X射线衍射（XRD）和Rietveld结构精修结果表明,合成的Na₂MnSiO₄材料为单斜晶系、Pn空间群. 红外光谱（FTIR）结果证实材料中不含有Na₂SiO₃和SiO₂等杂质. 电化学测试结果表明,该材料在1 mol·L^-1 NaClO₄/PC电解液中,电流密度为14 mA·g^-1、电压范围为1.5 ~4.2 V（vs. Na⁺/Na）测试条件下,其首次可逆放电比容量高达113 mAh·g^-1.