P-Bi2Te3/MXene超结构钾离子电池负极制备及其性能

Bi₂Te₃钾离子电池负极存在结构不稳定性和电化学反应动力学缓慢问题。本研究在手风琴状MXene基底上生长棒状Bi₂Te₃,随后利用P掺杂制备了高性能P-Bi₂Te₃/MXene超结构。这种新型负极具有丰富的Te空位和良好的自适应特性,展现出优异的循环稳定性(在0.2 A·g^-1电流密度下200次循环后可逆容量为323.1 mAh·g^-1)和出色的倍率能力(20 A·g^-1时可逆容量为67.1 mAh·g^-1)。动力学分析和非原位表征表明,该超结构具有优异的赝电容特性、出色的K⁺离子扩散能力以及可逆的嵌入反应和转化反应机理。     

钾离子电池及其最新研究进展

钾元素在地壳中的储量丰富、来源广泛, 且物理化学性质与锂元素相似, 在离子电池领域中具有广阔的发展前景。但相比于锂离子, 钾离子半径较大, 在材料体相中的迁移速度较慢, 并使得材料承受较大的结构应力, 从而导致钾离子电池的电化学性能优势不足。因此, 开发具有稳定结构、能够可逆嵌脱的正负极材料和与之相匹配的电解液, 成为钾离子电池目前研究的热点话题。本文主要从钾离子电池的正极材料、负极材料以及电解液三方面来介绍钾离子电池在国内外最新研究进展, 并对钾离子电池未来发展方向做出一定的展望。     

钾离子电池负极的高性能潜在材料:锑

近年来随着对储能器件的需求增加,钾离子电池受到越来越多的关注。钾的物理化学性质与锂相似,且在地壳中的储量丰富,在储能领域中具有广阔的发展前景。但由于电极材料实际容量远小于理论容量等问题的存在导致应用在钾离子电池的性能仍有不足。金属锑(Sb)具有较高的理论容量被广泛应用在电极材料上,然而在充放电过程体积变化过大导致稳定性较差,需要通过形貌控制、合金化、与碳材料复合等形式来提高结构稳定性。本文主要介绍了Sb材料在钾离子电池负极材料的研究进展,并展望了Sb电极材料的应用前景。     

单柱离子色谱法测定鱼血样中的钠钾离子及其在生态毒理学上的应用

鱼血样经灼烧、硝酸溶解、超声浸取、稀释过滤后，单柱离子色谱法测定血液中Ｎａ＾＋、Ｋ＾＋离子，加标回收９８％，变异系数〈６％；此外，本文还观察到在甲氰菊酯暴露下鱼血中Ｎａ＾＋离子浓度明显低于正常水平。     

石墨烯复合材料在锂离子电池中的研究进展

石墨烯复合材料因其独特的结构和优异的性质被认为是最有潜力的锂离子电池负极材料之一.石墨烯基复合材料是解决充放电过程中的电极体积变化导致电池的循环性能变差这一问题的有效途径.本文作者综述了多种石墨烯基复合材料作为锂离子电池负极时的电化学性能,并展望了未来的研究方向.     

还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能

二氧化钛(TiO₂)作为有前景的钠离子电池负极材料, 具有良好的循环稳定性, 但由于其导电率较低, 而导致容量和倍率性能不佳限制了其实际应用. 本文采用喷雾干燥技术制备了氧化石墨烯/纳米TiO₂复合材料(GO/TiO₂), 通过热处理获得还原氧化石墨烯/TiO₂复合材料(RGO/TiO₂). 电化学测试结果表明, 还原氧化石墨烯改性的RGO/TiO₂复合材料的电化学性能得到显著提升, RGO含量为4.0%(w)的RGO/TiO₂复合材料在各种电流密度下的可逆容量分别为183.7 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 153.7 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和114.4 mAh·g^-1 (600mA·g^-1), 而纯TiO₂的比容量仅为93.6 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 69.6 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和26.5 mAh·g^-1 (600mA·g^-1). 4.0%(w) RGO/TiO₂复合材料体现了良好的循环稳定性, 在100 mA·g^-1电流密度下充放电循环350个周期后, 比容量仍然保持146.7 mAh·g^-1. 同等条件下, 纯TiO₂电极比容量只有68.8 mAh·g^-1. RGO包覆改性极大提高了TiO₂在钠离子电池中的电化学嵌钠/脱钠性能. RGO包覆改性技术在改进钠离子电池材料性能中将有很好的应用前景.     

石墨炔在锂/钠离子电池负极中的应用

二维石墨炔优异的物理和化学性质受到了广泛的关注。近几年,与石墨炔相关的理论、合成和应用研究快速发展,并取得显著成果。基于石墨炔独特的制备方式与可控的分子结构,其已经在很多传统的研究领域展现出潜力,也在一些新兴的研究方向上产生重要影响,表明石墨炔的研究正逐渐成为一个非常热门研究领域。而石墨炔在电化学储能方面的研究越来越多,文章概述了石墨炔与电化学储能相关的优异特性,总结了石墨炔的常规制备方法,重点讨论了在低温制备优势下石墨炔家族成员的迅速壮大和相应石墨炔新成员独特结构对电化学储锂和储钠行为的影响。     

钾离子电池用Sb基负极材料研究进展

Sb基材料因具有理论容量高、储量丰富、来源广泛、环境友好和安全性高等优势已成为颇具前景的钾离子电池负极材料。但Sb基材料普遍面临结构稳定性较差、动力学迟缓、导电性差等棘手问题,在进行钾离子脱嵌时,材料结构变化大,粉化严重,造成容量衰减过快,仅能获得较差的循环稳定性。此外,固体电解质界面膜(SEI膜)的稳定性也极大地影响着Sb基材料的循环性能。这些问题严重阻碍了Sb基材料发展的脚步。本文归纳了各类Sb基材料的研究进展,重点介绍了通过调控材料结构以及调节电解液体系对电化学性能的影响,对高性能钾离子电池Sb基负极材料的设计做出了展望。     

多孔纳米立方FeSe2/石墨烯复合材料的可控构建及在钠离子电池中的应用

设计具有较高比容量和循环稳定性的负极材料对于钠离子电池的发展至关重要。过渡金属硒化物因其具有较高的理论容量而成为潜在的负极材料。但是,硒化物电导率低下且在钠离子嵌入/脱出的过程中会发生较大程度的体积膨胀,导致比容量快速下降。因此,结构调控显得尤为重要。通过常规水热法在二维还原氧化石墨烯（rGO）上原位生长多孔纳米立方体FeSe₂,制备了具有更多活性位点和结构更加稳定的FeSe₂/rGO复合材料。当用作钠离子电池的负极时,复合材料FeSe₂/rGO在0.2 A/g时比容量为694.6 mA?h/g,在2.0 A/g电流密度下,循环300圈后比容量为300 mA?h/g。     

钛酸钠纳米管-碳复合材料用作钠离子电容电池负极材料

以二氧化钛、氢氧化钠溶液和葡萄糖作为初始原料,通过水热方法合成了钛酸钠纳米管-碳复合材料。 使用XRD和TEM等方法测试了材料的结晶情况和形貌, 通过氮气吸-脱附和热重实验测试了材料的孔结构和碳含量。 采用复合材料作为负极材料,和石墨正极材料配伍,组装成不对称型电容电池,在钠基有机系电解液中其电压可高达3.5 V。 探讨了负极材料的储能机理,并考察了正负极质量比对负极储钠容量的影响。 电化学性能测试结果显示,电容电池具有较高能量密度和功率密度,其数值分别为72 Wh/Kg和1256 W/Kg,电容电池也表现出了较好的循环稳定性,在0.17 A/g电流密度下,经1000次循环后容量保持率高达100%。     

钠离子电池先进功能材料的研究进展

钠离子电池作为一种新型的化学电源,因钠资源储量丰富、成本低廉等优势,在规模储能领域具有应用前景,近年来受到了人们的广泛关注.为了获得比能量高、循环寿命长和快速充放电能力强的先进钠离子电池,人们正致力于开发比容量高、循环性能好和倍率性能佳的储钠电极材料和离子电导率高、电化学窗口宽的功能电解液,并取得了重要进展.目前,有前景的正极材料主要有高容量的层状氧化物、高电位的氟磷酸盐和长寿命的磷酸盐;可用的负极材料主要包括循环稳定性强的钛基层状氧化物和碳材料、比容量大的金属/非金属单质和低成本的金属化合物;有效的功能电解液有酯类电解液和醚类电解液.本综述详细总结了上述几类电极材料和电解液的最新研究进展,重点介绍了它们的电化学性质、科学难题及解决策略.     

二维层状氮化二钙作为钠离子电池负极材料

以Ca₃N₂为前驱体,用高温热解法制备了2D层状结构Ca₂N 并用X射线和扫描电镜对Ca₂N的组成、结构和形貌进行了表征。 作为钠离子电池新型负极材料,在50 mA/g电流密度充放电,首次放电比容量可达584 mA·h/g,可逆比容量达180 mA·h/g。在2000 mA/g大电流密度下,仍有70 mA·h/g。     

海藻酸钠粘结剂用于钠离子电池红磷-碳负极

通过球磨法制备了红磷-碳(P-C)复合材料,并考察了海藻酸钠(SA)粘结剂用于钠离子电池P-C负极的电化学性能。结果表明,相对于聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂,SA粘结剂使P-C电极展示了较高的可逆容量(在0.1 A·g~(-1)的电流密度下循环20圈后的容量为2 126 m Ah·g~(-1))。使用SA作粘接剂的P-C复合材料优越的电化学性能,归因于SA粘结剂与活性物质之间可能存在的化学作用力,有效缓解了红磷脱嵌钠过程中的体积变化,保持了电极的稳定性。     

锂离子电池锡-金属-碳复合负极材料

石墨作为锂离子电池的负极材料已经使用了很长时间。但由于其嵌锂容量低,已不能满足动力电池快速发展的需求。而锡可以与锂形成合金,有可能取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。但是单纯的金属锡在电池循环过程中发生巨大的体积变化,容易导致电极材料的粉化。而碳材料具有较高的导电性,良好的机械性能和储锂性能。为了充分发挥金属锡和碳材料的优势,锡-碳(Sn-C)复合材料得到了广泛研究。本文详细介绍了无定型碳、石墨(G)、石墨烯(GP)、碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)等碳材料作为惰性的导电基体与锡形成的二元复合物,阐述了锡与其它金属(M)形成的碳基三元、多元复合物的结构和性能。通过总结近些年对锡碳复合物结构与性能的研究,相信多元复合和多种结构的应用是提高锡-碳复合负极材料的关键。其中,以Sn-Co-C为基础的多元复合负极材料最有可能走向市场应用。     

High‐Performance Sodium‐Ion Batteries and Sodium‐Ion Pseudocapacitors Based on MoS2/Graphene Composites

Sodium‐ion energy storage, including sodium‐ion batteries (NIBs) and electrochemical capacitive storage (NICs), is considered as a promising alternative to lithium‐ion energy storage. It is an intriguing prospect, especially for large‐scale applications, owing to its low cost and abundance. MoS₂ sodiation/desodiation with Na ions is based on the conversion reaction, which is not only able to deliver higher capacity than the intercalation reaction, but can also be applied in capacitive storage owing to its typically sloping charge/discharge curves. Here, NIBs and NICs based on a graphene composite (MoS₂/G) were constructed. The enlarged d‐spacing, a contribution of the graphene matrix, and the unique properties of the MoS₂/G substantially optimize Na storage behavior, by accommodating large volume changes and facilitating fast ion diffusion. MoS₂/G exhibits a stable capacity of approximately 350 mAh g^?1 over 200 cycles at 0.25 C in half cells, and delivers a capacitance of 50 F g^?1 over 2000 cycles at 1.5 C in pseudocapacitors with a wide voltage window of 0.1–2.5 V.     

黄麻基碳纤维/MnO/C锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能

利用黄麻碳化后的纤维和吡咯单体作为还原剂,高锰酸钾作为氧化剂,通过原位氧化还原反应法合成了碳纤维/MnO/C一维复合物。扫描电子显微镜(SEM)结果显示,MnO/C纳米颗粒分布在碳纤维的外壁上,MnO被包裹在由聚吡咯碳化而来的碳中,MnO/C纳米颗粒大小为50~150 nm。将制备的产物作为锂离子电池负极材料进行充放电测试,结果表明当电流密度为100mA·g~(-1)时,循环50次后仍具有410 mAh·g~(-1)的比容量,同时也展现了良好的倍率性能。     

钠离子电池硬碳负极储钠机理及优化策略

钠离子电池因具有成本低、安全性高等优势,被认为是一种非常适合应用于大规模储能领域的电化学储能技术.合适的负极材料是促进钠离子电池实现商业化的关键之一.硬碳材料由于具有丰富的碳源、低成本、无毒环保,且储钠电位低而被认为是最可能被实用化的钠离子电池负极材料.然而硬碳负极的实际应用中也面临着首周库伦效率低、长循环稳定性不足以及倍率性能较差等问题,近年来众多研究者致力于硬碳负极的性能优化研究,本综述从结构调控、形貌设计、界面构造、电解液优化四方面总结了近年来钠离子电池硬碳负极的性能优化策略研究进展,分析了每种优化策略的优点和不足,并进一步讨论了钠离子电池硬碳负极实用化进程中面临的瓶颈问题和挑战.     

An Ultrastable Anode for Long‐Life Room‐Temperature Sodium‐Ion Batteries

Sodium‐ion batteries are important alternative energy storage devices that have recently come again into focus for the development of large‐scale energy storage devices because sodium is an abundant and low‐cost material. However, the development of electrode materials with long‐term stability has remained a great challenge. A novel negative‐electrode material, a P2‐type layered oxide with the chemical composition Na_2/3Co_1/3Ti_2/3O₂, exhibits outstanding cycle stability (ca. 84.84 % capacity retention for 3000 cycles, very small decrease in the volume (0.046 %) after 500 cycles), good rate capability (ca. 41 % capacity retention at a discharge/charge rate of 10 C), and a usable reversible capacity of about 90 mAh g^?1 with a safe average storage voltage of approximately 0.7 V in the sodium half‐cell. This P2‐type layered oxide is a promising anode material for sodium‐ion batteries with a long cycle life and should greatly promote the development of room‐temperature sodium‐ion batteries.     

Structural Designs for Accommodating Volume Expansion in Sodium Ion Batteries

At the forefront of energy storage field, developing sodium ion batteries (SIBs) has drew a wide concern due to relatively low cost and abundant resource, comparing with lithium ion batteries (LIBs). Serious volume expansion constraints the electrochemical performance of the conversion/alloying materials, despite of their high reversible capacities or theoretical capacities. Here, from the perspective of structural designs, we systematically study four types of routes to accommodate volume expansion. Delicate and peculiar nanostructures based on nanocrystallization engineering are widely focused on, covering nanosheet assembly and nanoarray construction. Robust materials such as carbon‐based materials can be utilized as the buffer matrix, mitigating the mechanical stress during the charge/discharge process. Besides, recent studies have demonstrated void space reservation in nanostructures was also beneficial for adapting to volume changes. Moreover, for conversion materials, numerous works have confirmed the advantageous influence of interlayer spacing regulation. We also explained the superiority and challenges for further giving scope to structural designs. Sketching out the future studies in SIBs, in situ characterizations are supposed to be highlighted, as well as in‐depth researches on the stress evolution caused by volume expansion.