非水体系锂-空气电池研究进展

锂-空气电池是目前已知具有最高能量密度的二次电池,有望成为未来电动汽车的动力电源。由于其能量密度高、环境友好以及成本较低,成为广大科研工作者研究的热点,在过去二十年间与之有关的研究已经在反应机理、电极结构、催化剂及电解液等各方面都取得了很大进展,但受诸多因素限制,其实用化仍然任重道远。本文总结了近几年来非水体系锂-空气电池在反应机理、正极材料、催化剂、电解液以及锂负极等方面的最新研究进展,并在此基础上展望其未来的发展方向。     

非水系锂空气电池的正极材料和电解液研究进展

锂空气电池的能量密度是传统锂离子电池的5~10倍,可与汽油相媲美。近几年来,锂空气电池因此受到了人们的广泛关注。本文概述了锂空气电池正极材料和电解液的最新研究进展。从商业碳、具有特定形态的碳材料、催化剂、导电聚合物等几个方面阐述了正极材料;从物质结构的角度,简要介绍了锂空气电池中常用的酯类、醚类、砜类、胺类和离子液体等电解液。最后指出了目前锂空气电池存在的问题,并对其进行了展望。     

非水系锂空气电池的正极材料和电解液研究进展

锂空气电池的能量密度是传统锂离子电池的5~10倍, 可与汽油相媲美。近几年来, 锂空气电池因此受到了人们的广泛关注。本文概述了锂空气电池正极材料和电解液的最新研究进展。从商业碳、具有特定形态的碳材料、催化剂、导电聚合物几个方面阐述了正极材料;从物质结构的角度, 简要介绍了锂空气电池中常用的酯类、醚类、砜类、胺类和离子液体等电解液。最后指出了目前锂空气电池存在的问题, 并对其进行了展望。     

锂硫电池复合正极研究进展

锂硫电池因其超高的理论能量密度被视为极具前景的下一代电化学储能体系,其中高比容量的硫正极提供了锂硫电池的能量密度优势并直接决定了电池的实际性能。经过数十年的发展,最具前景的硫正极体系分别是硫碳复合（S/C）正极和硫化聚丙烯腈（SPAN）正极。本文系统综述了S/C正极和SPAN正极的最新研究进展。首先,简要介绍了两种正极的工作原理并进行了比较。S/C正极发生固-液-固多相转化反应,充放电表现为双平台特征。与之相比,SPAN正极发生固-固反应,充放电曲线为单平台。然后,对两种正极所面临的挑战和目前报道的优化策略进行了系统的分析与讨论。对于S/C正极,主要调控策略包括电极结构修饰、电催化剂设计与辅助氧化还原介体调控;对于SPAN正极,主要调控策略包括电极结构设计、电极形貌调控、杂原子掺杂和外源性氧化还原介体调控。最后,在电池尺度上对S/C正极和SPAN正极进行了综合比较,并对基于S/C正极和SPAN正极的锂硫电池在未来所面对的机遇与挑战进行了展望。     

基于废旧锂电池回收制备LixMO(x=0.79,0.30,0.08;M=Ni/Co/Mn)材料作为锂-氧气电池正极催化剂的电化学性能研究

锂-氧气电池因其超高的理论比容量而受到科研界的广泛关注, 但其存在较为严重的充放电极化和较差的循环稳定性等问题, 从而极大地限制其商业化进程. 因此设计出有效的正极催化剂是解决锂-氧气电池面临的这些棘手问题的必要手段. 通过对不同充电状态的废旧锂电池正极进行回收制得三种不同锂含量的多元金属氧化物Li_xMO (x=0.79, 0.30, 0.08; M=Ni/Co/Mn), 并分别用作锂-氧气电池正极催化剂. 系统研究了Li_xMO材料中锂含量及晶体结构对其电化学性能的影响. 电化学测试结果表明, 与Li_0.79MO和Li_0.08MO催化剂相比, 基于Li_0.30MO为正极催化剂的锂-氧气电池在电流密度100 mA•g^–1和限定容量800 mAh•g^–1的条件下具有较高的放电比容量(14655.9 mAh•g^–1)、较低的充电电压(3.83 V)和较高的能量转换效率(72.2%). 而且该电池体系在充放电循环140圈后充电终止电压仍低于4.3 V. 最终认为制得的Li_0.30MO材料具有优异的催化性能归因于其稳定的层状-岩盐相复合结构以及结构中富含的氧化镍相和氧空位之间的协同作用. 这些优点能够促进放电产物的可逆形成与分解, 从而提高锂-氧气电池循环性能.     

单原子催化剂在锂硫电池中的研究进展

锂硫电池由于具有能量密度高、 成本低等突出特点, 已经成为下一代高能量密度电化学储能体系的重要发展方向之一. 但锂硫电池的发展仍然存在硫利用率低、 循环寿命短及倍率性能差等亟待解决的关键问题. 单原子催化剂具有高的原子利用率和原子级尺度的结构可调变性等突出特点, 在锂硫电池研究领域受到了广泛的关注. 本文从正极、 负极、 隔膜/中间层3个方面总结了单原子催化剂在锂硫电池中的最新研究进展. 最后, 还对单原子催化剂在锂硫电池中未来的研究发展方向以及需解决的关键科学和技术问题进行了展望, 以期推动单原子催化材料在锂硫电池中的进一步广泛应用.     

CoOOH用作阴极催化剂对非水性锂-氧气电池性能的影响

利用工艺简单,成本低廉的共沉淀法制得CoOOH,并用作非水性锂-氧气电池阴极催化剂。通过恒流充放电、线性伏安扫描（LSV）和电化学阻抗（EIS）测试研究了电极的电化学性能。结果表明：由于CoOOH能够明显提高氧气还原反应（ORR）的催化活性,与未使用CoOOH的电极相比较,使用CoOOH为催化剂的电极首次放电容量高达5 093 mAh·g^-1,提高了1.7倍。电池的充电过电压降低了约460 mV,充电可逆性得到增强,充放电可逆性提高,使得循环性能得到显著改善。     

CoOOH用作阴极催化剂对非水性锂-氧气电池性能的影响

利用工艺简单,成本低廉的共沉淀法制得CoOOH,并用作非水性锂-氧气电池阴极催化剂。通过恒流充放电、线性伏安扫描（LSV）和电化学阻抗（EIS）测试研究了电极的电化学性能。结果表明：由于CoOOH能够明显提高氧气还原反应（ORR）的催化活性,与未使用CoOOH的电极相比较,使用CoOOH为催化剂的电极首次放电容量高达5 093 mAh·g^-1,提高了1.7倍。电池的充电过电压降低了约460 mV,充电可逆性得到增强,充放电可逆性提高,使得循环性能得到显著改善。     

CO2和环氧乙烷直接制备碳酸乙烯酯的研究进展

本文综述了利用CO₂和环氧乙烷（EO）直接催化合成碳酸乙烯酯（EC）的研究进展,详细讨论了各种催化剂活化EO和CO₂,完成环加成反应的催化机理,并展望了该领域的研究前景。     

基于有机电解液的锂空气电池研究进展

随着化石燃料的逐渐消耗和城市环境污染的日益严重,纯电动和混合动力汽车的开发使用越来越受到人们的重视. 受到锂离子电池能量密度的限制,目前电动汽车的连续行驶距离仍远低于内燃机动力汽车. 作为新一代电动车供能设备,基于有机电解液的锂空气电池由于结构相对简单,理论能量密度极高,成本低廉,已成为学术界的研究热点. 本文从反应机理、电解液、空气电极以及金属锂负极等四个方面入手,详细介绍了近年来锂空气电池的重要研究进展以及在基础研究方面存在的科学问题,指出了该体系面临的挑战和今后的重要研究方向.     

金属-二氧化碳电池的发展:机理及关键材料

金属-二氧化碳(Me-CO₂)电池结合了先进储能和有效固定CO₂的双重特性,被视为下一代能源转换和储存以及CO₂捕获和利用器件的潜在候选者。然而,目前Me-CO₂电池面临如倍率性能差、高极化率、CO₂转换效率低、循环寿命短等一系列的挑战。为了便于了解Me-CO₂电池的最新研究并促进其发展,本文系统地总结、比较和讨论了基于金属(锂、钠、铝、锌、钾)阳极的Me-CO₂电池的发展,包括电池放电/充电机制、阴极材料/电催化剂、电解质、金属电极等,着重阐明了电极和电解质等功能材料对电极反应稳定性和速率的影响,展望了合理构建电池材料的前景和方向,为Me-CO₂电池的发展提供指导。     

离子液体在CO_2捕集中的应用进展

离子液体具有蒸汽压极低、热稳定性好、热容低和可以根据目标需求进行设计等特性,能克服传统CO2捕集工艺的诸多不足,因而成为目前CO2捕集溶剂的研究热点。本文主要综述了普通离子液体、功能化离子液体、支撑型离子液体膜、聚合型离子液体和离子液体复配溶液在CO2捕集方面的应用研究进展,评述了各种方法的优势和缺点,并在此基础上提出...     

Mg^2＋掺杂对锂离子正极材料Li3V2（PO4）3的影响

随着市场对锂离子电池(LIB)需求的日趋增长,对电极活性物质的要求也在朝着高能量密度、低成本、安全稳定、环境友好的方向努力,其中正极材料相对负极材料的发展较为缓慢,成为制约LIB发展的瓶颈。NASICON结构的Li3V2(PO4)3属于单斜晶系,相对金属锂具有很高的电势,理论容量高达19     

Reaction between carbon dioxide and elementary fluorine

Reactions between carbon dioxide and fluorine were examined at temperatures of 303-523 K under various pressure and mixture ratios of both gases. Reactions were carried out similarly under the existence of NaF, CsF and EuF₃.After the reaction, fluorine was removed and the reaction products were analyzed using FT-IR, GC/FT-IR and GC/MS. The major products were CF₃OF, COF₂, CF₄ and CF₂(OF)₂.The best yield of COF₂ was 11.1% under the reaction condition of CO₂/F₂ = 76 kPa/76 kPa with temperature of 498 K for 72 h in a direct reaction. The formation rate of COF₂ in the direct reaction was estimated as 0.232 dm³ mol⁻¹ h⁻¹ under the reaction conditions of CO₂/F₂ = 76 kPa/76 kPa, at 498 K. In the presence of CsF, it was estimated as 1.88 dm³ mol⁻¹ h⁻¹ at CO₂/F₂ = 76 kPa/76 kPa at 498 K.The activation energy of the COF₂ formation in the direct reaction was estimated as 45.7 kJ mol⁻¹ at CO₂/F₂ = 76 kPa/76 kPa at 498 K. In addition, 24.2 and 38.9 kJ mol⁻¹ were evaluated at CO₂/F₂ = 76 kPa/76 kPa at 498 K, respectively, in the presence of CsF and EuF₃.     

二氧化碳电化学还原的研究进展

利用低品阶的可再生电能,将二氧化碳(CO_2)电化学还原生成高附加值的化学品或燃料,既可以变废为宝、减少CO_2排放,又能将可再生能源转变为高能量密度的燃料储存,具有重要的现实意义。电化学还原CO_2的研究,是目前世界范围内的研究热点,许多标志性的重要研究成果不断涌现。本文首先简要介绍了CO_2电化学还原的基本原理,然后概述了近5年来在其电催化剂材料和反应机理相关的实验与理论研究方面的昀新研究进展,昀后对其发展趋势进行了展望。     

二氧化碳与环氧化物共聚催化剂

综述了二氧化碳与环氧化物共聚催化剂方面的研究进展，重点介绍了90年代后期出现的新型高效率的高位阻型催化剂。     

二氧化碳和甲醇直接合成碳酸二甲酯的研究进展

碳酸二甲酯是一种重要的绿色化工原料,二氧化碳和甲醇直接合成碳酸二甲酯是一种绿色合成方法.本文介绍了近年来此方法的催化剂及其催化机理研究的进展,讨论了不同催化体系设计的理论基础和催化剂的作用机理,并对助催化剂和吸水剂以及反应条件对催化剂活性和选择性的影响进行了评述.     

二氧化碳加氢制甲醇多相催化剂研究进展

化石燃料的利用为人类社会带来了前所未有的繁荣和发展. 然而, 化石燃料燃烧引起的过量的二氧化碳(CO₂)排放导致全球气候变化和海洋酸化; 而且作为一种有限的资源, 化石燃料的消耗将迫使人们寻找其它碳源以维持可持续的发展. 利用可再生能源获取电能分解水制得的绿色氢气(H₂)与捕集后的CO₂反应制成甲醇, 不仅能有效利用工业废气中多余的CO₂, 还能获取清洁、 可再生的甲醇化学品, 该过程的技术核心是开发高效稳定的CO₂加氢制甲醇催化剂. 本文综合评述了现有研究关注较多的多相催化CO₂加氢制甲醇催化剂的反应机理和构效关系, 总结了目前多相催化CO₂加氢制甲醇催化剂(Cu基催化剂、 贵金属与双金属催化剂、 氧化物催化剂以及其它新型催化剂)的设计与合成方面的研究进展, 最后对该领域所面临的机遇和挑战进行了展望.     

Synthesis and electrochemical performances of Li1+ y Mn2− y O4 powders of well-defined morphology

The spinel phases Li_{1+ y} Mn_{2− y} O₄ have been synthesized by a novel synthesis method that presents advantages compared to the classical ceramic method, namely, in terms of preparation time, costs and electrochemical performances of the resulting products. This consists of a two-stage process. First, two precursor phases (Li-EG and Mn-EG) are synthesized by reacting powdered lithium hydroxide and electrolytic manganese dioxide (EMD) in ethylene glycol (EG) under reflux, respectively. Secondly, the precursor products are mixed and heat treated under air, following various heating sequences, to produce electrochemically active Li_{1+ y} Mn_{2− y} O₄ powders of well-defined morphology. Once the synthesis parameters involved in these two steps are controlled, the obtained Li_{1+ y} Mn_{2- y} O₄ powders exhibit electrochemical performances that compare favorably with those observed in the case of the high-temperature (HT) Li_{1+ y} Mn_{2− y} O₄ made by the ceramic route, both in terms of reversible/irreversible capacities and cycling behavior at 25 °C and 55 °C. Received: 12 August 1997 / Accepted: 20 October 1997     

Cu3V2O8 hollow spheres in photocatalysis and primary lithium batteries

In this paper, Cu₃V₂O₈ hollow spheres have been successfully synthesized via a liquid precipitation method with colloidal carbon spheres as template followed by a subsequent heat treatment process. On the basis of XRD analysis, SEM observation, and TG-DSC analysis of the precursor and products, the formation mechanism of Cu₃V₂O₈ hollow spheres was proposed. UV–vis diffuse reflectance spectra showed that the Cu₃V₂O₈ hollow spheres exhibit strong absorption in a wide wavelength range from UV to visible light. The photocatalytic activity experiment indicated that the as-prepared Cu₃V₂O₈ hollow spheres exhibited good photocatalytic activity in degradation of methyl orange (MO) under 150-W xenon arc lamp light irradiation. Furthermore, electrochemical measurements showed that the Cu₃V₂O₈ hollow spheres exhibited high discharge capacity and excellent high-rate capability, indicating potential cathode candidates for primary lithium batteries used in long-term implantable cardiac defibrillators (ICDs).