层状碳及层状碳/硫酸铅复合材料的制备与应用

碳酸钾或碳酸钠颗粒作催化剂基底,采用化学气相沉积（CVD）制得类似于石墨烯的层状碳材料,并经原位化学沉积可得层状碳/硫酸铅复合材料. 用X射线衍射（XRD）、热重分析、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析与测试样品. 结果表明,层状碳为无定型碳层,复合材料为无定型碳层与附着其上的细小硫酸铅颗粒的复合. 上述层状碳和复合材料作为负极添加剂应用于铅酸电池中,测试了电池电化学性能. 结果表明,电池大电流放电比容量和循环寿命均明显提高. 通过电化学交流阻抗谱图（EIS）、充放电曲线和负极失效后的SEM照片证实,加入添加剂能够降低反应阻抗、减小极化及有效抑制极板硫酸盐化.     

负极材料Li_4Ti_5O_(12)的蔗糖改性研究

以蔗糖为碳源,采用固相法合成了C改性的Li4Ti5O12材料.XRD衍射分析表明,C的引入没有改变Li4Ti5O12的尖晶石结构,且缓解了颗粒间的团聚,并以初始蔗糖含量为10%(by mass)样品的电化学性能最佳.0.2C放电倍率下首次放电比容量达179.1 mAh/g,在2C和3C倍率下首次放电比容量仍达143.8 mAh/g和129.4 mAh/g.循环伏安和电化学阻抗测试显示改性后的Li4Ti5O12材料电极极化程度较小,并且具有较小的电极反应阻抗.     

锂离子电池高比容量FeSn2-C复合负极材料的合成与性能

Sn基合金负极材料具有高达990 mAh·g^-1的理论比容量,但其也存在因脱嵌锂过程发生巨大的体积变化而导致循环性能较差的问题. 本文以Sn、Fe、石墨为原料利用简易的高能球磨法成功制备了具有核壳结构的FeSn₂-C复合物,系统研究了球磨时间、FeSn₂相含量对材料物相结构及电化学性能的影响,并分析了电极的失效机理. 研究表明,球磨时间的增加有利于FeSn₂金属间化合物相的形成及材料颗粒的细化,进而有利于材料比容量的增加及循环性能的提升;FeSn₂相含量的增加能够提高FeSn₂-C材料的比容量,但会降低FeSn₂-C电极的循环稳定性. 经工艺优化及组分调节,球磨24 h合成的Sn₂₀Fe₁₀C₇₀材料具有最优的电化学性能,材料的比容量在540 mAh·g^-1左右,并能稳定循环100次,是一种非常有发展前途的锂离子电池高比容量负极材料.     

二硫化钦作为锉离子电池负极材料的特性

采用固相法合成了纯六方相的TiS₂粉体. X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)结果表明该材料具有特征层状结构, 其颗粒大小在10-20 μm之间. 作为锂离子电池负极材料, TiS₂在3.00 V(vs. Li⁺/Li)以下有3个明显的放电平台, 首次可逆容量达668 mAh·g^-1, 在第一个放电电压范围(3.00-1.40 V)内具有优异的循环可逆性. 深度放电时由于Li₂S的生成和材料颗粒严重破碎, 在低于0.50 V时材料的循环性能不佳. 通过减小材料颗粒度和提高导电剂含量, TiS₂的电化学性能得到显著改善.     

双相致密透氧膜

混合导体透氧材料由于在高温下具有氧离子导电特性,在纯氧制备、膜反应器及富氧燃烧等方面显示出广阔的应用前景。单相混合导体材料用作透氧材料时存在稳定性不足、机械性能差等问题,限制了其在生产中的实际应用。在离子导体相中掺入电子导体相形成双相导体膜可以提高透氧材料在高温下和高氧浓度梯度下的工作稳定性和化学稳定性。本文详细论述了双相透氧材料的透氧机理和研究进展,包括氧离子导体/贵金属电子导体和氧离子导体/氧化物电子导体和氧离子导体/混合导体等的复合形式。重点分析了材料的组成、结构以及两相之间的化学相容性和混合比例对材料透氧率和工作稳定性的影响。介绍了双相材料在甲烷部分氧化制合成气(POM)膜反应过程及富氧燃烧中的应用,分析了目前有待解决的问题并提出了今后的研究方向。     

三氟乙氧基磷酸酯的合成与性能研究

为提高锂离子电池安全性，本文制备了锂离子电池阻燃添加剂-三氟乙氧基磷酸酯（TFP）。通过红外（IR）光谱法鉴定了产物结构；讨论了反应时间、反应物浓度比与产率的关系；以及TFP的加入对1mol／L LiPFoEC／EMC／DMC（1：1：1Vol．）电解液的可燃性、分解电压和离子电导率的影响。结果表明：反应时间、反应物浓度比对TFP产率影响较为明显，当催化剂为15mol．％（相对于三氯氧磷），反应时间6h，三氟乙醇与三氯氧磷摩尔比为6：1时，TFP的产率可以达到94．00％；添加TFP对电解液阻燃效果显著，对电解液的分解电压无不利影响，电解液电导率会有所下降，对Li／LiCoO2电池的比容量影响不大。     

BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3-δ粉体的溶胶-凝胶法和高温固相法制备及性能表征

分别通过溶胶-凝胶法和高温固相反应法制备了BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3-δ粉体.采用热重-差热分析(TG-DTA),粉末X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),傅立叶红外衍射(FT-IR),N2吸附-脱附等方法对所制备的粉体进行了表征.结果表明:用溶胶-凝胶法在1200 ℃×10 h可以合成纯的BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3-δ粉体,合成温度比传统的高温固相反应法降低400 ℃左右;溶胶-凝胶法合成粉体具有多孔结构特征,与固相法合成粉体相比具有较高的比表面积.但致密化试验表明:溶胶-凝胶法合成粉体与固相法合成粉体相比具有较低的烧结活性.溶胶-凝胶法合成粉体颗粒表面残余的有机基团和颗粒内部的大量微孔将在致密化过程中产生空间位阻,从而影响高温下原子的迁移,阻碍材料的致密化过程.     

铅炭电池负极炭材料的作用机制研究进展

传统铅酸电池主要应用于汽车及各种内燃机的起动和无线通信基站,但其在部分荷电态下负极易硫酸盐化而失效,降低了电池的受充能力及循环寿命. 铅炭电池是将高比表面、高导电的炭材料掺入铅负极的新型铅酸电池,具有优异的高倍率充放电性能及较高的部分荷电态下的循环寿命,在储能与混合动力车方面有很好的应用前景. 近年来国内外竞相开展了炭材料作用机制的研究,本文从构建导电网络、增加双电层电容储能、改善孔洞结构以及提高电化学反应动力等方面对炭材料在铅炭电池上的作用机制进行阐述,并结合作者课题组在铅炭电池领域的研发工作进行展望.     

锂离子电池SnS2基负极材料

随着应用范围的逐渐扩大,锂离子电池对具有高比容量、长循环寿命以及优异倍率性能的新型正负极材料的需求日益迫切。SnS₂材料因具有独特的层状结构和高的理论比容量而被视作潜在的高比容量负极材料,但其也存在首次不可逆容量较大、导电率低、充放电过程中体积变化较大等问题。本文综述了SnS₂负极材料的研究历程以及最新研究进展,介绍了SnS₂负极材料的基本性质,具体论述了SnS₂电化学性能改进的相关措施,主要包括控制纳米SnS₂微观形貌、制备SnS₂/C及SnS₂/氧化物复合材料、掺杂、一体化电极以及优化粘结剂等。文章同时总结了水热（溶剂热）法各工艺参数（原料种类、浓度、比例、溶液pH值、水热温度及时间等）对制备SnS₂纳米材料及SnS₂/C复合材料形貌结构及电化学性能的影响,并对目前SnS₂材料仍然存在的问题进行了分析。研究表明,通过制备片状、花状等高比表面积的SnS₂纳米材料,可明显提升其循环性能;将石墨烯等碳材料与SnS₂复合,有助于提高材料的结构稳定性及导电性,进而改善电极的循环及倍率性能。经工艺优化后的SnS₂/graphene复合材料具有高的比容量（大于1000 mAh/g）、稳定的循环性能和优秀的倍率特性,是一种非常有研究价值的高比容量锂离子电池负极材料。     

双钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)是一种能量转化装置,具有转换效率高、环境友好、燃料适应性强等优点,其中,阳极作为燃料气的电化学反应场所,对SOFC性能起关键作用。相比于传统Ni-YSZ阳极,钙钛矿阳极材料结构稳定性好,具有较强的抗碳沉积、硫中毒能力。双钙钛矿结构由于具有晶格位置的多样化,因而材料结构和性能具有更强的可调控性,受到人们的广泛关注,成为新型阳极材料的重要研究方向。但相较于传统Ni-YSZ阳极材料,双钙钛矿阳极仍存在催化活性差,电导率低等问题。本文综述了近十几年双钙钛矿阳极材料的研究进展,首先对A位和B位双钙钛矿结构特征和形成原因进行了简单介绍,然后对两种双钙钛矿结构的典型阳极材料性能特点、改性方法和改性机理进行了分类总结,包括Sr₂MgMoO₆、Sr₂CoMoO₆、Sr₂NiMoO₆、Sr₂FeMoO₆、PrBaMn₂O_5+δ等材料。最后对双钙钛矿阳极材料未来的研究方向提出了建议。