水系锌二次电池MnO2正极的晶体结构、反应机理及其改性策略

水系锌二次电池凭借其安全性高、环境友好、成本低廉、能量密度较高等诸多优势,有望应用于下一代大规模储能系统。电池的发展依赖于电极材料,二氧化锰由于其高丰度、低成本、毒性小等优势,在水系锌二次电池领域得到广泛应用。本文将从二氧化锰的晶体结构、反应机理及电化学性能出发,对其在水系锌二次电池中的研究进展进行系统综述。特别地,针对其容量低、循环稳定性差等问题,本文从储能机理(包括嵌入-脱嵌机制和溶解-沉积机制)角度出发,总结相对应的优化策略,为先进水系锌锰二次电池的设计开发提供参考。     

高电压/宽温域水系碱金属离子电池的研究进展

水系储能器件具有固有的高安全性、环境友好性和成本低的优势，在未来智能电网、便携式/可穿戴电子产品等领域显示出巨大的应用潜力。然而水的热力学分解电压低、冰点高，导致水系电解液电化学稳定电压窗口窄以及凝固点高，极大地限制了水系储能器件的能量密度与宽温域应用。因此，设计耐高电压、抗冻的水系电解液，成为水系储能器件大规模、多场景应用的关键。本文系统综述了高电压/宽温域水系碱金属离子电池电解液设计的研究进展，从热力学和动力学角度出发，分别重点介绍提高电解液电压窗口和工作温度范围的各类策略以及相关作用机制。进一步提出宽温域、高压水系电解液的潜在设计思路，并对高性能水系碱金属离子电池的发展方向进行展望。     

水系锌离子二次电池锌负极的研究进展

锌离子二次电池具有优异的充放电性能、高功率密度和能量密度、低成本、高安全性和环境友好的特点,极具发展前景。金属锌,因优异的导电性、低的平衡电势、高的理论比容量和低成本等因素,是水系二次电池中理想的负极材料,然而也存在着枝晶生长、腐蚀和钝化等问题,限制了锌离子二次电池的可逆容量和循环寿命,通过优化调节锌负极的形貌与表面修饰等方法可以提高电池性能。本文综述了水系锌离子二次电池负极材料的研究进展,涵盖了金属锌负极、复合锌负极和锌合金,且展望了锌负极的发展前景。     

新型给体-受体型聚合物的合成及其在本体异质结聚合物太阳能电池中的应用

设计、合成了侧链含有强吸电结构的丙二酸二丁酯受体单元与苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩给体单元交替共聚物PBDTDT,研究了其热学、光学、电化学性质以及与受体PC71BM([6,6]-苯基C71丁酸甲酯)共混作为活性层制备成本体异质结聚合物有机太阳能电池的光伏性质,考察了PBDTDT与PC71BM不同比例时的光伏性能,当聚合物PBDTDT和PC71BM质量比为1∶3制备的器件,其开路电压达到了0.82 V,能量转换效率(PCE)为0.90%,短路电流为3.25 mA/cm2,填充因子FF为0.338,同时将其与同等工艺制备的poly(3-hexylthiophene)(P3HT)太阳能电池的光伏性能进行比较,相同工艺下制备的P3HT电池的开路电压仅为0.55 V,由PBDTDT制备的电池开路电压比P3HT电池的开路电压高出0.29V,同时分析了PBDTDT能量转换效率较P3HT低的原因.     

Li/SOCl_2、BCX电池放电电压滞后研究

应用交流阻抗法研究Li/SOCl2、BCX电池放电过程碳、锂电极阻抗变化并测试外加电压和并联超电容对电池放电初期电压的影响.测试表明,锂电极阻抗在放电初期迅速减小了80%~90%,直到放电末期,阻抗几乎不变;碳电极阻抗至放电末期才迅速增大;BCX电池有较高开路电压可改善放电电压滞后;电池并联超级电容器可抑制放电电压滞后.     

水系钠离子电池的研究进展及实用化挑战

水系钠离子电池因其安全性高、成本低、环境友好等突出优势近些年来受到了广泛而深入的研究,在取得巨大进展的同时也逐步开始了产业化进程.但是与有机体系二次电池相比,水系钠离子电池仍然极大地受限于电解液较窄的电化学稳定窗口和电极材料较差的循环稳定性.迄今为止,如何解决上述问题依然是这一领域发展的关键.本综述主要概述了水系钠离子...     

TiO2／Ti／TiO2半导体隔片光电化学电池的性能

研究了半导体隔片光电化学电池(SC-SEP)中光池溶液的pH、暗池溶液的氧化还原电对以及两池中的暗电极对电池的开路电压、光生电压、短路光电流和光伏安特性的影响。对它们的影响机制进行了初步分析。通过合理选择电池体系,SC-SEP的性能可比单隔室的光电化学电池(PEC)优越。     

钒电池充电过程中钒价态及其变化的现场分析

钒电池是一种具有能充电放电性能的新型二次电池。该电池以硫酸氧钒(VOS0_4)作为电解质,在充电过程阳极半电池中V(Ⅳ)被氧化为V(Ⅴ),阴极半电池中V(Ⅳ)先被还原为V(Ⅲ),然后V(Ⅲ)进一步被还原为V(Ⅱ)。文中研究了用电位滴定对两个半电池中充电时钒价态变化进行测定的方法,并设计了分析装置,实现了分析V(Ⅱ)时的防氧化保护。试验表明,该分析法设备简单、操作简便,易于实现现场快速分析。通过测定,能及时了解电池充电过程中钒不同价态的定量转变情况及其与开路电压的关系,可有效地监测电池的充电效率。     

卤素水系可充电电池的研究进展

简单介绍了卤素水系可充电电池的优势以及所面临的困难，详细综述了近年来卤素水系电池电解液和相关电极材料的一些研究进展，结合卤素水系电池面临的挑战，将研究策略进行分类总结，主要包括提高电解质中盐浓度、电极材料的“化学吸附”、引入络合剂固定卤素的氧化产物以及通过卤素转换形稳定的卤间化合物等有效解决方案，其中对卤素水系电池电解质、电极材料以及主要的电化学性能总结，为促进高性能卤素水系电池的发展提供借鉴参考作用。最后展望了卤素水系电池未来的发展前景。     

直接甲醇燃料电池用磺化聚醚醚酮膜初探

应用电化学方法研究了SPEEK膜的甲醇渗透性能.SPEEK膜具有比Nafion115膜低的甲醇渗透.以其作质子交换膜电解质组装的直接甲醇燃料电池(DMFCs)开路电压高于Nafion115膜组装的DMFC开路电压,但电池的放电性能尚待改进.本研究可为SPEEK应用于直接甲醇燃料电池提供一定的依据.     

二次电池研究进展

能源的存储和利用是当今科学和技术发展中的重大课题之一,尤其是作为高效的电能/化学能转化装置的二次电池相关技术一直是科学家研究的热点领域。在此背景下,本文较为系统地介绍目前二次电池的重要研究进展,将从二次电池的发展历史引入,再到其相关的基础理论知识的介绍。随后较为详细地讨论当前不同体系的二次电池及相关应的关键材料的研究进展,涉及到锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、锌离子电池、钙离子电池、铝离子电池、氟离子电池、氯离子电池、双离子电池、锂-硫(硒)电池、钠-硫(硒)电池、钾-硫(硒)电池、多价金属-硫基电池、锂-氧电池、钠-氧电池、钾-氧电池、多价金属-氧气电池、锂-溴(碘)电池、水系金属离子电池、光辅助电池、柔性电池、有机电池、金属-二氧化碳电池等。此外,也介绍了电池研究中常见的电极反应过程表征技术,包括冷冻电镜、透射电镜、同步辐射、原位谱学表征、磁性表征等。本文将有助于研究人员对二次电池进行全面系统的了解与把握,并为之后二次电池的研究提供很好的指导作用。     

锂电池Li／KIBr2—非水体系的研究

本非水电池体系由Ｌｉ负极、多孔石墨电极和电解质溶液组成；电解质溶液由无机溶剂ＰＯＣｌ＿３（或有机溶剂硝基苯）和溶解在该溶剂中的活性物质（ＫＩＢｒ＿２）及支持电解质构成。该电池体系的开路电压为８．５０伏左右，放电性能良好，可望在实际中得到应用。此外，对电池体系的反应机理也作了初步的探讨。     

稀土聚乙炔电池及其电化学

聚乙炔作为合成的有机金属具有极大的应用潜力。MacDiarmid等发现可用电化学方法对聚乙炔进行可逆掺杂,使其电导率达到金属的水平,而且聚乙炔本身具有一个由微纤维组成的网状结构,有很大的表面积(～60m~2/g),因此适合于作二次电池的电极。人们已在实验室制备了各种类型的聚乙炔电池,它们具有重量轻、能量密度高、功率密度大、可充电等特点,因而具有研究价值。沈之荃等曾应用稀土配合催化剂合成了高含量顺式的、热稳定性较高的和抗氧化稳定性的聚乙炔。本文报道稀土聚乙炔电池及其电化学的研究工作。结果表明:稀土聚乙炔电池的开路电压可达3.5V,短路电流达10mA,平均功率密度达160W/kg,具有进一步开发研究的前景。     

长寿命、高安全性的Li4Ti5O12／LiMn2O4锂离子电池

自Sony公司推出锂离子二次电池以来，以AC／LiCoO2体系为主的商品锂离子电池由于具有高容量、高电压、环境友好等优势，已在便携式电子设备领域得到了广泛应用。但由于C／LiCoO2体系的锂离子电池存在成本、安全和寿命等方面的问题，限制了其在动力和储能领域的应用。选择合适的锂离子电池材料，开发新的电池体系是解决问题的关键。     

聚苯胺/熔盐/铝二次电池

在合成氯化正丁基吡啶 三氯化铝 (BupyCl AlCl3 )室温熔盐的基础上 ,开发了一种聚苯胺膜 (PAn) /酸性熔盐 /铝二次电池体系 ,并对其性能进行了测试。结果表明 ,电池的开路端电压为 1 35V ,在充放电流为8 0× 10 -5A/cm2 条件下 ,该熔盐电池具有良好的工作特性 ,充放库仑效率可达 90 % ,循环 2 0次无明显变化     

低浓度干甲烷在SOFC Ni-YSZ阳极上的反应

向Ni-YSZ/YSZ/LSM(Ni-Y2O3稳定的ZrO/YSZ/La0.85Sr0.15MnO3-δ)电池阳极通入不同浓度的干甲烷,利用气相色谱对阳极尾气进行原位检测,研究在不同电流密度下,干甲烷在Ni-YSZ阳极上所发生的反应.通过理论开路电压和实测开路电压的比较、阳极尾气的定量分析以及CH4在Ni基阳极上基元反...     

全钒液流单电池充放电行为及特性研究

建立具有外置双饱和甘汞参比电极及双液流电池的实验装置系统.使用该装置可在同一时刻同时测定小型液流单电池充放电时的电池电压、电池正负极电位及正负极开路电位,进而计算充放电过程电池的欧姆内阻降(iR)及其正负极过电位.以石墨毡为电极、Nafion 117作隔膜的全钒液流单电池,在60 mA.cm-2电流密度下,每一充放电循环的平均iR降约占总电压损耗的74%,表明该电池的电压效率受制于电池的欧姆内阻.充放电曲线显示,电池放电终点之所以出现主要是由于电池负极电位在放电末期的快速上升而引起的.本文设计的全钒单电池于60 mA.cm-2下工作时,其电压及能量效率分别达89%和85%,表明该电池结构合理,且石墨毡是钒电池合适的电极材料.     

客体预嵌策略提升水系锌离子电池正极材料电化学性能

随着人们对电子通讯器件、新能源汽车以及电网级储能技术的需求日益增长,开发安全、高效且兼具环保、低成本等优点的二次电池显得至关重要。近年来,水系锌离子电池因其高安全性、高容量、低成本以及环境友好等优点受到了广泛关注。在与锌负极相匹配的众多正极材料中,具有多电子转移特性的钒基和锰基材料表现出了广阔的应用前景。然而这些正极材料在电池循环过程通常面临着结构坍塌、组分溶解、衍生副反应、反应动力学缓慢等问题,严重制约了其商业化进程。近年来,大量研究表明,客体离子或分子预嵌正极宿主结构可以有效缓解上述问题,提升水系锌离子电池正极材料的电化学性能。本文综述了客体预嵌策略应用于水系锌离子电池钒、锰基正极材料的研究进展,对该策略所解决的问题以及其局限性进行了讨论和总结,并对未来水系锌离子电池钒基和锰基正极材料的研究发展方向进行了展望。     

LiNi0.5Mn1.5O4-xFx高电压电极高温保存下的电化学行为

采用溶胶-凝胶法结合高温热处理制备了锂离子电池用5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4-xFx(x=0, 0.1). 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和低温氮吸附法(BET)表征了粉体材料的结构、表面形貌和比表面特性, 并以其为正极材料装配电池后, 在85 ℃下高温保存24 h, 测量了保存前后电池的一系列电化学性质变化. 结果表明, 高温保存时电池开路电压会因自放电而较快地下降. 材料的比表面积和氟掺杂显著地影响电池的电压保持能力. 比表面积愈大, 电压保持时间愈短. 氟掺杂有利于提高电池在高温条件下的电压稳定性, 并可以改善电极与电解液之间的界面性质,使充放电性能更好.     

基于有机物电极的电化学能量存储与转化

由于高安全的特性,水系二次电池被认为是未来大型储能的有效解决方案之一. 然而,现有水系电池主要以含金属元素的无机化合物为电极活性材料,其在大型储能中的实际应用仍受到循环寿命、环境问题、原料成本或金属元素丰度的限制. 相较于无机电极材料,部分有机电极材料具有原料丰富、结构丰富、可持续及环境友好等优点. 此外,有机物材料分子内空间大,能够存储不同价态电荷,因此近年来被广泛关注. 本文综述了课题组近期在有机物电极方面的研究进展,内容聚焦含羰基有机物通过C=O/C-O-的可逆转化存储单价金属阳离子(Li⁺, Na⁺)、双价金属阳离子(Zn²⁺)、质子(H⁺)所涉及的电化学过程,及其在水系锂、钠离子电池、水系锌离子电池、质子电池以及分步电解水中的应用.