锂离子电池正极材料Na3V2（PO4）2F3的原位XRD及固体核磁共振研究

采用溶胶凝胶法制备Na3V2（PO4）2F3/C复合材料,该材料具有优异的电化学循环性能和倍率性能.利用电化学原位同步辐射X射线衍射（XRD）及魔角旋转固体核磁共振（MASSS-NMR）技术研究了Na3V2（PO4）2F3材料充放电过程中结构变化过程及Li/Na嵌入-脱出反应.研究结果表明,Na3V2（PO4）2F3的电极反应按嵌入-脱出反应机理进行,充放电过程中材料具有优异的结构稳定性.我们还发现Na3V2（PO4）2F3与电解液接触后与电解液中的Li＋发生部分交换反应形成LixNa3-xV2（PO4）2F3.在首次充电时,Li＋和结构中Na1位置的Na＋共同从晶格中脱出;而首次放电过程中,Na＋和Li＋共同嵌入到晶格中;充放电过程中发生的是Li＋和Na＋的共嵌入-脱出反应.     

上海光源在材料与能源科学中的应用

<正>材料在日常生活中无处不在,一般包括金属、陶瓷、高分子材料(比如塑料)、半导体以及复合材料等,是人类赖以生存和发展的物质基础。材料往往由于其独特的微观结构,而导致外在宏观性能的大幅度提高。比如说,使电灯发光的钨丝、人类信     

电化学原位同步辐射技术在锂离子电池电极材料研究中的应用

同步辐射光源及其相关的谱学技术因其亮度高、单色性好及能量可调等突出特点,为锂离子电池材料组成-结构-性能关系的解析,尤其是其充放电循环过程的电化学反应机理、电极老化及失效的原位、实时动态研究提供了强有力的分析手段. 本文主要结合本课题组的研究工作,并综述同步辐射的电化学原位技术在锂离子电池及其相关材料研究的应用. 重点总结、分析及评述电化学原位XRD及XAFS等技术在电池充放电循环过程中结构演化、离子荷电态及反应动力学过程.     

湿度环境下钙钛矿太阳能电池薄膜微结构演化的同步辐射原位实时研究

环境湿度对有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池稳定性有着相当重要的影响,在湿度环境下原位实时观测钙钛矿薄膜微结构的演化有助于揭示湿度导致的器件性能衰减的微观机理.本文基于上海光源X射线衍射线站,建立了一套湿度可调可控的原位X射线衍射实验装置用以实时观测湿度环境下钙钛矿薄膜的微结构演化.在相对湿度为60%±2%的环境中,采用原位同步辐射掠入射X射线衍射发现在钙钛矿薄膜暴露在湿度环境的最初阶段,其(110)衍射峰附近逐渐出现了中间相结构,应该是来源于部分钙钛矿晶体结构的逐渐分解所形成的钙钛矿多相结构;同时,紫外可见吸收光谱实验表明,经环境湿度处理后的薄膜吸收有所降低,尤其是在约770 nm处吸收台阶发生蓝移,在一定程度上反映出钙钛矿晶体结构的减少或结晶性变弱;扫描电子显微镜结果进一步显示,湿度实验后薄膜形貌的均匀性明显变差,覆盖率降低、孔洞变大及晶界变明显;采用环境湿度实验前后的钙钛矿薄膜上制备的太阳能电池J-V性能测试结果显示,器件的填充因子和光电转换效率均由于环境湿度处理降低了30%以上.因此,同步辐射原位实验观测清晰地揭示了器件性能与钙钛矿薄膜形貌以及微结构演化的密切关联,为理解有机-无机杂化的钙钛矿薄膜的降解微观机理提供了实验依据和指导.     

Strain Induced Metastable Phase and Phase Revolution in PbTiO3-CoFe204 Nanocomposite Film

An inter-component epitaxial strain-induced PbTiOa metastable phase is observed in a PbTiO3-GoFe2O4 epitaxial composite film, corresponding to the dielectric anomaly reported previously. High-resolution synchrotron radiation X-ray diffraction and first principles calculation demonstrate the coexistence of different PbTi03 phases, even a possible morphotropie phase boundary in the film, elucidating the underlying microscopic rneehanism of the formation of Pb TiO3 metastable phase. This sheds light on the design and manipulation of electromechanical properties of epitaxial films, through the strain engineering.     

氯化铵水溶液的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,使用Material Studio软件中的COMPASSⅡ力场,模拟了温度为298 K时质量分数分别为1%、5%、10%、20%及28%的氯化铵溶液中离子的动力学性质.发现随着浓度增加,水分子周围不再有明显的第二配位圈,NH_4~+和Cl~-配位数都减少,离子水化数、水化半径也随之减小.水分子中的H比NH_4~+中的H对N_((NH4))的影响作用要强的多.在氯化铵水溶液,NH_4~+中的N及H都是由周围水分子中的氧原子来靠近,而Cl~-则由周围水分子中的氢原子去靠近. NH_4~+及Cl~-的加入确实破坏了溶液中的氢键,但是NH_4~+与水分子间也生成了新的氢键,并且生成的数量大于被破坏的数量,但是氢键力却变弱了,这是之前研究当中没有人提过的现象.随着浓度增大,H_2O、NH_4~+及Cl~-的扩散系数逐渐降低,而降低幅度排序为NH_4~+ Cl~- H_2O.