钒基电极材料研究进展

发展低成本、高性能、高安全的锂离子、钠离子电池是解决能源储存问题的一个重要途径. 由于具有丰富的化学价态,开放式的化学结构和较高的理论容量,钒基材料是一种非常有潜力的锂离子电池、钠离子电池电极材料. 在过去的几年中,钒基电极材料如钒的氧化物、硫化物、磷酸盐等在电池中的应用取得了长足的进展,有必要对相关的研究进展作一个总结. 本文介绍了钒基电极材料的近期研究进展,重点总结了钒基电极材料应用所面临的离子扩散系数低、结构稳定性差等科学问题,并从活性材料本身的改性以及与外部材料复合作用两个角度重点分析了应对这些问题所采用的策略. 一方面,通过对钒元素的化合价态进行调控来提高材料的电导性,并采用异原子掺杂来加快离子扩散系数. 另一方面,借助同/异种纳米结构间的耦合作用增强材料的结构稳定性. 基于基底的骨架作用,实现三维有序阵列结构电极的制备,进而促进材料能量密度与功率密度的共同提升. 最后,讨论了钒基材料进一步发展所面临的挑战,希望能够为将来相关电极材料的研究提供一些参考.     

钒液流电池用碳纸电极改性的研究

采用红外光谱和扫描电镜等手段研究了浓硫酸处理前、后碳纸的表面结构和形貌的变化。并将这类碳纸用作全钒液流氧化还原电池电极材料,对其电化学性能进行了详细研究。结果表明通过酸处理,碳纸表面有-COOH官能团生成,其电化学活性增强。酸处理后的碳纸电极组装成的电池在电流密度20 mA·cm^-2时有良好充放电性能,平均电流和电压效率达到95%和82%。     

钒氧化物电极材料晶格呼吸现象原位探测及其反应机制研究

作为锂离子电池正极材料,层状钒氧化物具有优异的物理特性和良好的储锂性能,因此被广泛研究与应用于工业生产与日常生活的各个方面.然而,在脱嵌锂的过程中,V₂O₅凝胶等层状钒氧化物的层状结构存在“晶格呼吸”现象.这种现象导致了电极材料的钝化,并进一步导致电池容量快速衰减.采用了原位X射线衍射（XRD）来研究一种层状钒氧化物（VO_x）在充放电过程中的“晶格呼吸”现象,揭示了其独特的相变过程.在充放电过程中,原位XRD对应的二维衍射图显示出三个不同的阶段,分别对应三个固溶反应.放电过程中,三个阶段的衍射峰都向高角度偏移,表明在锂离子嵌入过程中,VO_x的层间距存在持续收缩过程.（001）层间距大小随充放电过程的变化图进一步证明了这三个过程的不连续性.这些发现揭示了这类材料在电极反应过程中的晶体结构变化规律以及造成其容量衰减的原因.     

储能电池有机电极材料改性策略研究进展

有机电极材料因其成本低、资源丰富、环境友好、可设计性等优势,成为具有发展潜力的二次电池候选电极材料。目前,种类丰富的有机电极材料已应用在各种金属离子电池体系,然而有机电极材料的商业化应用仍面临着诸多挑战,如本征电导率低、在有机电解液中溶解度大、放电电位低等。针对有机电极材料的技术瓶颈,大量研究聚焦在有机电极材料结构、工艺、尺度等改性优化方面。本文回顾有机电极材料的发展历程和应用,并总结其分类、反应机理及主要问题和挑战,进而详细综述有机电极材料已报道的改性策略,包括分子结构修饰、复合导电碳、纳米尺寸优化、电极-电解液耦合与制备工艺优化等方法,分析各改性方法优势和局限性,最后对未来有机电极材料改性研究方向进行展望,为今后有机电极材料的设计与研究提供参考。     

锂离子电池电极材料磷酸氧钒锂的研究进展

介绍了磷酸氧钒锂(α-LiVOPO4、β-LiVOPO4和αⅠ-LiVOPO4)电极材料的结构和电化学性能;综述了现有的LiVOPO4电极材料的合成方法(包括高温固相法,化学还原法,溶胶-凝胶法,溶剂热法,离子交换法等)及其改性研究现状。最后对其未来的发展趋势进行了展望。     

活性炭电极材料的表面改性和性能

以硝酸、双氧水、氨水三种化学试剂分别对活性炭进行表面改性, 用N2吸附法和FTIR表征炭材料改性前后孔结构和表面官能团的变化. 制备了以改性活性炭为电极材料, KOH溶液为电解质的模拟双电层电容器. 用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法考察了双电层电容器的电化学性能. 结果表明, 改性活性炭比表面积和平均孔径有所降低, 并且在炭材料表面引入了含氧或含氮官能团, 如—OH、>CO、—NH2等, 使炭材料的润湿性增强、电阻减小、电化学性能显著提高. 用65%硝酸改性后炭材料的比容量最高达到250 F·g-1, 比原样炭提高了72.4%; 实验电容器的漏电流急剧下降, 只有3-18 μA, 为原来电容器的漏电流(371 μA)的0.8%-4.9%.     

氧化锰表面改性活性炭电极材料的电化学特性

用Mn(NO3)2溶液浸渍-高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理以改善其电化学性能. 采用氮气吸附、SEM、XRD等方法研究改性活性炭的比表面积、孔结构、形貌和氧化锰的晶体结构; 用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了改性活性炭电极构成的电化学电容器的性能. 结果表明, Mn(NO3)2热解产生的多价态氧化锰有法拉第赝电容效应, 尤其是立方晶形结构的α-Mn2O3, 与活性炭的双电层电容构成了复合电容, 因而改性炭材料的比电容有明显的提高, 其质量比电容达到254 F·g-1, 比未改性炭的165 F·g-1提高了54%. 改性炭电极电化学电容器具有优异的充放电可逆性和稳定性, 而且等效串联电阻较小, 只有0.40 Ω; 经2000次循环的长期测试, 容量保持率几乎达到100%.     

角蛋白改性材料及其应用研究进展

在对角蛋白的结构、分类、提取方法进行介绍的基础上,主要从天然高分子材料的角度,对角蛋白的改性、材料制备及其应用研究进展进行了综述。角蛋白材料常用物理共混和接枝聚合方法进行改性,从而制备环境友好的复合材料;角蛋白的降解主要采取微生物法和酶解法。由于角蛋白水解可产生多种氨基酸,并且具有良好的生物相容性和生物降解性,其主要用作医用材料、药物缓释材料、日用材料、食品包装材料、地膜材料,也可作为较好的重金属离子吸附剂和废水脱色剂。总之,对角蛋白材料的开发和应用具有非常广阔的前景。     

下一代能源存储技术及其关键电极材料

由于能源危机与环境问题,全球能源的消耗正逐渐从传统化石能源转向其它清洁高效能源。高效清洁能源的存储是电动汽车和智能电网的关键技术,对新能源、新材料和新能源汽车国家战略新兴产业的发展具有重要意义。锂离子电池是目前广泛应用的一种能源存储器件。电动汽车和智能电网对能量密度、功率密度、循环寿命和成本等方面的要求越来越高,传统的锂离子电池面临巨大挑战,发展下一代能源存储技术迫在眉睫。高能量密度的锂硫电池和锂空气电池,低成本、高安全性的室温钠离子电池受到了越来越多的关注。本文简要总结了近年来锂硫电池、锂空气电池和钠离子电池及其关键电极材料的研究进展,并对这些新型能源存储技术存在的问题和未来的前景做出了分析和展望。     

超电容器用电极材料氮化钼的改性研究(I)——钒酸氨添加物对电极性能的影响

应用XRD、SEM和循环伏安等方法对γ_氮化钼及其复合电极进行了表征和测量 ,研究了浸渍液中钒酸铵浓度对成膜物质的表面形貌、结晶形态和电容的影响 .结果表明 :添加钒酸铵导致成膜物质中生成四方晶系的VOMoO4 ,这对氮化钼电极的电容特性有重要影响 .其影响机理为VOMoO4 改变了成膜物质的结晶形态和结构 ,导致氮化钼的部分非晶化 ,循环伏安测试显示了氮化钼电极具有良好的电容特性 .掺钒之后 ,电极的工作电势范围拓宽 ,比电容加大 ;浸渍液中钒钼最佳摩尔比为 35∶6 5 .     

超电容器用电极材料氮化钼的改性研究(Ⅰ)——钒酸氨添加物对电极性能的影响

应用XRD、SEM和循环伏安等方法对γ-氮化钼及其复合电极进行了表征和测量，研究了浸渍液中钒酸铵浓度对成膜物质的表面形貌、结晶形态和电容的影响，结果表明：添加钒酸铵导致成膜物质中生成四方晶系的VOMoO4，这对氮化钼电极的电容特性有重要影响，其影响机理为VOMoO4改变了成膜物质的结晶形态和结构，导致氮化钼的部分非晶化，循环伏安测试显示了氮化钼电极具有良好的电容特性。掺钒之后，电极的工作电热范围拓宽，比电容加大；浸渍液中钒钼最佳摩尔比为35：65。     

PbO~2纳米粉体的固相合成及其对MnO~2电极材料的改性作用

利用固相氧化反应制备了PbO~2纳米粉体样品，借助XRD，TEM以及循环伏安测试对其性质进行了表征。同时，对反应条件的选择进行了讨论。将所得样品用于改性MnO~2电极，恒流放电测试结果表明，样品掺杂量在1.25%～5.00%间对MnO~2有良好的改性效果，可使改性MnO~2的放电容量得到极大提高。循环伏安测试结果表明，铅的掺入改变了MnO~2的放电机理。在循环扫描过程中，掺杂物与MnO~2均不再以单纯氧化物的形式存在，而是形成了一系列Pb(X)(X=0,Ⅱ)Mn(Y)(Y=Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ)复合物的共氧化与共还原，抑制了电化学惰性物质Mn~3O~4的生成和积累，从而有望改善MnO~2的可充性能。纳米PbO~2与常粒径PbO~2与常粒径PbO~2(标记为S)对MnO~2的改性机理类似。但前者对MnO~2的改性效果明显优于后者，当恒流放电至-1.0V时，其放电容量较S样改性MnO~2的放电容量平均高出约30%。     

α-PbO纳米粉体的固相合成及其对MnO2电极材料的改性作用

利用Pb(Ⅱ）盐与NaOH在室温下进行固相反应制备的纳米级α－PbO粉体（桔红色）,借助X射线衍射、透射电镜测试对合成的纳米粉体试样拨乱反正了表征,初步探讨了反庆机理,将合成的试样用于改性MnO2电极,1次深度放电测试结果表明,样品的掺杂量在1.25％－5.00%之间对MnO2有良好的改性效果,中等负荷放电时,纳米PbO改性的MnO2电极的放电容量比常粒径PbO改性的MnO2电极的放电容量高出20％以上,比纯国际1^#电解锰样（γ-MnO2）的放电容量平均高出约50％,在重负荷放电时,改性MnO2电极的放电容量提高幅度更大。     

α-PbO纳米粉体的固相合成及其对MnO2电极材料的改性作用

固相反应;放电容量;α-PbO纳米粉体的固相合成及其对MnO2电极材料的改性作用     

PBAT改性及其发泡材料的研究进展

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是一种生物降解脂肪族-芳香族线形共聚酯,采用PBAT为基体制备的发泡材料具有重量轻、孔隙率高、柔韧性好、高效吸能和隔热以及优异的可生物降解性和生物相容性等特点,在包装、运输、航空航天、生物医药等领域有很大的应用前景。针对PBAT发泡过程中熔体强度较低、加工温度窗口窄的缺点,本论文对近些年来关于PBAT改性方法和发泡技术的研究进行了详细介绍,并阐述了PBAT发泡材料的结构特点及其制备方法,重点对比了不同的改性方法对发泡性能的调控,以期为PBAT发泡材料的进一步研究提供参考。     

二氧化钛光催化材料及其改性技术研究进展

二氧化钛(TiO2)光催化技术作为一种绿色、洁净、节能的技术,在污染物治理、光分解水制氢、抗菌环保等领域有着广泛的应用。然而TiO2材料本身大的禁带宽度(Eg=3.2eV)阻碍了其实际应用,进而导致其可见光利用率低、量子产率低。因此制备具有高量子产率且对可见光有快速响应能力的TiO2已成为当前光催化剂研究的关键课题。国内外关于TiO2光催化剂的改性技术逐渐完善并在制备方法、材料形貌和结构控制等方面有新的突破。本文综述了TiO2光催化的制备方法及其反应机理,总结了提高TiO2光催化性能的技术路线,阐明了针对TiO2改性的各种方法的原理及关键技术,同时对TiO2光催化技术存在的问题和发展前景进行了分析和展望。     

动力锂离子电池正极材料磷酸钒锂制备方法

锂离子电池新型正极材料的开发是当前的研究热点,其中磷酸盐材料以其结构稳定、安全性能好及资源丰富等优点备受关注。磷酸钒锂理论能量密度可达500mWh/g,具有较高的电子离子导电性、理论充放电容量及充放电电压平台,被认为是一种极具竞争优势和应用前景的动力锂离子电池正极材料。传统磷酸钒锂合成方法有固相合成法、碳热还原法、溶胶凝胶法和水热合成法等,近年来,又出现了湿法固相配位法、微波固相合成法和流变相法等新型合成方法。本文简要介绍了磷酸钒锂的结构和性能特点,对磷酸钒锂制备方法的最新研究进展进行了较为全面的阐述,并详细介绍了本研究团队近年来在磷酸钒锂材料新型合成方法方面的探索成果。同时对各种合成方法的制备工艺及材料性能进行了对比分析,并探讨了当前存在的问题及未来的研究方向。     

二维材料插层改性方法研究进展

二维材料凭借其独特的电学、光学、磁学等性质引起了广泛关注,如何处理二维材料使其改性是目前的研究热点。 插层方法是目前调控二维材料性质的主要方法之一。 插层过程中,客体粒子插入主体材料的范德华层间,造成二维材料物理与化学性质的变化。 气相、液相、固相插层均可以使二维材料的性质得到提升。 本文主要介绍二维材料插层方法,分析其不同优势和限制条件,并展望如何综合应用插层方法更好地提升二维材料电学、光学等性能。     

摇椅锂离子二次电池及其嵌入式电极材料

本文着重对摇椅锂离子二次电池的工作原理，电池采用的嵌入式电极材料的结构，常见的合成方法，插层反应和电化学性能的研究情况以及应用前景和存在的问题等作一综述。