水热法制备锂电池Si@C负极材料的工艺优化研究

水热法是广泛应用于锂离子电池Si@C电极材料的一种制备方法,其反应条件是影响产物最终形貌和性能的重要因素, 采取最佳的反应工艺可以大大提升材料的电化学性能。本研究中, 使用葡萄糖作为碳源, 光伏切割废料硅为硅源, 探究了水热法制备核壳结构Si@C电极材料的最优工艺, 分别研究了温度、 原料浓度、 反应时间和原料比例对产物的形貌、 性能的影响以及相互之间的关系, 并得到最佳反应条件。在该条件下(葡萄糖浓度为0.5 mol·L^-1, 硅与葡萄糖重量比为0.3:1, 反应温度190 ^oC, 反应时间9 h), 得到了包覆完整、 粒径适中的Si@C电极材料(CS190-3), 对以该样品为负极的扣式半电池进行电化学测试, 在655 mA·g^-1的电流密度下, 其首圈放电比容量为3369.5 mAh·g^-1, 经过500次循环剩余容量为1405.0 mAh·g^-1。倍率测试中, 在6550 mA·g^-1的电流密度下,其剩余容量为937.1 mAh·g^-1,当电流密度恢复至655 mA·g^-1时,电池放电比容量仍可恢复至1683.0 mAh·g^-1。     

Cu3Si负极脱/嵌锂过程的赝电容行为与二级相变的关联性

高能量密度的锂离子电池的应用日趋广泛, 寻找兼具高能量密度、快速充放电、长循环寿命能力的材料成为了研究热点. 采用冶金法制备了纯度较高的Cu₃Si相, 扣式半电池测试表明, Cu₃Si负极在0.1C倍率下首圈放电比容量759 mAh•g^–1, 首圈库伦效率96.56%, 循环200圈之后放电比容量是822 mAh•g^–1, 容量保持率达到98%. 且其充放电曲线为斜坡状, 具有赝电容特性. 首次发现了Cu₃Si材料兼具电池和电容属性, 二者共同储存了电荷, 且以电容贡献率为主. 经嵌锂后的Cu₃Si样品的差示扫描量热法(DSC)曲线在550~600 ℃有一个明显台阶, 对应于比热容的变化, 且充放电前后样品的物相并未发生改变, 说明Cu₃Si脱嵌锂非一级相变, 而是二级相变. 因此, 就Cu₃Si材料而言, 二级相变的氧化还原过程在电化学特性上表现为赝电容行为.     

基于PtIr/C阳极催化剂的直接氨燃料电池性能研究

氨(NH₃)是一种无碳氢载体, 比氢更易储运, 且体积能量密度更高, 因此直接氨燃料电池(DAFC)的研究具有重要的理论意义和实际价值. 本工作研究PtIr/C阳极催化剂在不同工作温度下电催化活性及其对DAFC性能的影响, 并探究了所用阴离子交换膜的渗氨量与DAFC性能的相关性. 结果表明, 从25~80 ℃, 基于PtIr/C阳极催化剂的DAFC在80 ℃下获得最优性能, 其开路电压(OCV) 0.50 V, 峰值功率密度3.2 mW•cm^-2, 可归功于Pt-Ir合金的协同作用和升温提高了催化活性. 不同温度下在DAFC阴极尾气中均检测到氨, 且氨含量随温度升高而上升, 致使阴极Pt/C催化剂毒化, 从而使DAFC的开路电压和功率密度下降.