氢溴储能电池结构的优化和运行条件对电池性能的影响

研究了氢溴电池的电池结构、正极氢溴酸和溴电解质浓度、负极的氢气压力、质子交换膜厚度对氢溴电池的性能和电池效率的影响。对氢溴电池结构进行改进,单电池实现了200 mA·cm^-2电流密度恒流充放电,电池库伦效率100%。溴电极电化学反应受浓差极化控制,提高氢溴酸浓度,电池充电性能提高,同时,溴在氢溴酸的溶解度增大,电池放电性能也提高,氢溴酸浓度由0.5 mol·L^-1提高至1 mol·L^-1,电流密度200 mA·cm^-2,电池的能量效率和电压效率提高27.9%。氢溴电池充电过程,降低电池负极氢出压力,有利于提高充电性能,但膜透酸严重,放电过程中最佳的氢出压力是维持氢在碳纸憎水催化层的单层吸附,充放电过程氢出压力均为40.0 kPa,电池的能量效率80.2%。膜厚度与膜电阻极化和膜透酸密切相关,充电过程,膜由50.0 μm降至15.0 μm,膜透酸严重,负极电化学活性比表面积下降,电池充电性能降低。膜厚度对放电性能的影响还与电流密度有关,电流密度较低时,膜透酸造成负极电化学比表面积下降居主导地位,50.0 μm Nafion膜放电性能更高;电流密度超过200 mA·cm^-2时,膜电阻极化居主导电位,15.0 μm Nafion膜性能更高。采用20.0 μm质子交换膜,在200 mA·cm^-2电流密度循环充放电五次,电池的能量效率和电压效率达到85.3%,库伦效率100%。     

Zn│纳米TiO2-聚苯胺二次电池的充放电性能

以1.0 mol/L硫酸为介质,于0.8 V恒电位下,在纳米TiO2(Nano-TiO2)膜电极上实现了苯胺(Aniline)的电化学聚合,借助透射电镜、 X射线衍射、红外光谱等对制得的Nano-TiO2/聚苯胺(Nano-TiO2/PANI)复合膜进行了表征. 用Nano-TiO2│PANI作为二次电池的正极,Zn为负极,在不同的电流密度下对Zn│Nano-TiO2-PANI二次电池的充放电性能进行了研究. 结果表明,二次电池首次充电容量可达98.04 mA·h/g,充放电效率为91.67%,充放电曲线平稳.     

Zn│纳米TiO2-聚苯胺二次电池的充放电性能

以 1 0mol/L硫酸为介质 ,于 0 8V恒电位下 ,在纳米TiO2 (Nano TiO2 )膜电极上实现了苯胺 (Aniline)的电化学聚合 ,借助透射电镜、X射线衍射、红外光谱等对制得的Nano TiO2 /聚苯胺 (Nano TiO2 /PANI)复合膜进行了表征。用Nano TiO2 │PANI作为二次电池的正极 ,Zn为负极 ,在不同的电流密度下对Zn│Nano TiO2 PANI二次电池的充放电性能进行了研究。结果表明 ,二次电池首次充电容量可达 98 0 4mA·h/g ,充放电效率为 91 6 7% ,充放电曲线平稳     

多硫化钠/溴液流储能电池负极材料的研究

在常规玻璃三电极池中用稳态极化法研究了铁、钴、镍、铅及石墨在 1. 3mol·L-1Na2S4水溶液中的极化行为, 测定了不同材料的交换电流密度.以泡沫镍、镀镍或镀钴碳毡为负极,聚丙腈碳毡为正极组成电池测试了常温下电池的能量效率及循环性能.结果表明:泡沫镍及镀镍或钴的碳毡可做电池负极材料;充放电电流密度为30mA/cm2时,电池的能量效率约 80 %;电池循环性能较好.     

α型和β型PbO2正极的充放电性能比较

利用化学合成法分别制得α-PbO2和β-PbO2样品,采用XRD、SEM表征与观察两种不同晶型的PbO2样品.由两种晶型PbO2粉末做成铅酸电池的活性正极,采用循环伏安、恒电流充放电以及电化学阻抗谱等电化学方法研究了其电化学性能.结果表明,α-PbO2电极的放电容量较低,β-PbO2电极的放电容量较高,两种晶型PbO2粉末按不同配比制成复合电极有利于提高铅酸电池正极的充放电性能.     

混合超级电容器AC/LiMn2O4体系的电化学性能

对AC/LiMnO4体系混合电容器进行研究,以活性炭(AC)为负极材料,尖晶石结构的LiMn2O4为正极材料,Li2SO4为电解液。该体系的原理与锂离子电池很相似,从本质上说属于一种特殊的锂离子电池。改变正负极的质量配比,根据其电化学性能确定了该体系最佳的正负极质量配比。对不同电解液浓度的电容器进行不同电流密度充放电测试,发现电解液浓度增加,会使容量和大电流性能得到明显改善,极化电阻的增大会大大降低放电电压平台。实验表明该体系具有较高的能量密度和功率密度,同时保持了良好的循环性能。     

阳极Pb(II)氧化物膜的阴极还原

采用X射线衍射、光电流谱、线性电位扫描和开路电位衰退等方法研究了Pb电 极在0.9 V(vs.Hg/Hg_2SO_4), 4.5 MOL/l h_2so_4溶液中生长2 h所得的阳极Pb (II)氧化物膜的阴极还原行为。实验结果表明;阳极Pb(II)氧化物膜主要由PbO微 粒和PbO·PbSO_4微粒组成,微粒间液膜可供离子输运;在LSV负向扫描过程中,阳 极Pb(II)氧化物膜是按溶解－沉积机理还原的,首先PbO微粒借助该微粒间的液膜 还原为金属铅,而待PbO微粒表面层转化的金属铅与PbO·PbSO_4微粒接触后,则 PbO·PbSO_4就和PbO一起还原,而以PbO·PbSO_4的还原进程略快。     

HBF4溶液中全铅液流电池

报道了一种HBF₄水溶液中的全铅液流电池,正、负电极电解液均采用Pb（BF₄）₂的HBF₄水溶液.在酸性的四氟硼酸铅电解液中考察了石墨电极和玻碳电极作为工作电极的循环伏安性能,石墨电极较适于用作全铅液流电池的正、负电极.采用石墨电极作为电池的正、负电极并在四氟硼酸铅酸性电解液中进行充放电实验,其中Pb（BF₄）₂浓度分别为0.5、1.0和1.5 mol·L^-1,且保持游离的HBF₄浓度为1.0 mol·L^-1.该电池为单液流电池,不需要隔膜分隔正、负极的电解液,电流密度为10、20和40 mA.cm^-2,当限定充电容量为7.0 mAh.cm^-2,放电电压截止到1.0 V时,平均库仑效率大于87%,平均能量效率大于68%;当电解液采用1.0或1.5 mol·L^-1 Pb（BF₄）₂+1.0 mol·L^-1HBF₄水溶液时,在10及20 mA.cm^-2电流下的能量效率最高可超过74%.     

石墨/LiCoO_2电池充放电过程电极活性材料结构演变研究

利用X射线衍射分析(XRD)详细地研究了石墨/LiCoO2体系18650型锂离子电池充放电过程中正负极活性材料的晶体结构和微结构的变化.结果发现,在电池充电过程中,锂嵌入石墨层中,优先进入碳原子六方网格面间的间隙位置,导致石墨的点阵参数a和c,以及微应变ε增加和堆垛无序度P的变化,电池充电至20%后负极中形成Li-C化合物;电池充电时,正极LiCoO2中处于(000)位的Li原子优先脱离晶体点阵,随着正极材料脱锂量的增大,其晶格参数a减小,c增大,微应变ε也随之增加.LiCoO2在整个充电和放电过程中均未发生相变.最后,讨论了锂离子电池的导电机制.发现,充电时,锂离子的迁移从负极-电解液界面开始;放电时,其迁移从正极-电解液界面开始;在充放电过程中,正负极活性材料的嵌脱锂都有一个从活性材料颗粒表面到内层的过程.电池的充放电过程不完全可逆.     

液流电池正极活性物质钛铁试剂初探

应用循环伏安法研究钛铁试剂(4,5-二羟基-1,3-苯二磺酸钠)电对(石墨基底)在水溶液中的电化学行为.实验表明,溶液pH<4时,该试剂的氧化还原反应电位较高,可逆性好.以其作正极与V(III)/V(II)负极组成液流电池,在硫酸介质中,充放电库仑效率可达90%以上,而且循环寿命较好,性能衰减小,具备作为液流电池正极活性物质的可行性.     

电解-电化学混合电容器的制备与性能

为解决电化学电容器工作电压过低的问题, 本文以钽电解电容器的烧结型钽块为阳极, 聚苯胺(PANI)/TiO₂电化学电容器复合电极为阴极, 成功制备了高能量密度、高工作电压的电解-电化学混合电容器. PANI/TiO₂复合电极是通过在多孔阳极氧化钛纳米管阵列中电化学聚合PANI 制得. 该阴极具有优良的倍率特性, 当平均功率密度为0.55 mW·cm^-2时, 对应的比容量仍达到10.0 mF·cm^-2. 由于与电解电容器复合, 该混合电容器的单元工作电压可高达100 V. 而且电化学电容器阴极的比容量远大于阳极, 故阴极所需尺寸远小于阳极, 节省的空间可用于增大阳极尺寸, 从而使混合电容器的比容量极大提高. 所制备的混合电容器体积能量密度和质量能量密度分别是钽电解电容器的4 倍和3 倍. 将该混合电容器在100 V下进行短路充放电实验, 循环10000 次后发现容量未衰减, 等效串联电阻未增加, 显示出极好的循环稳定性和功率特性. 计算表明其最大功率密度高达847.5 W·g^-1. 电化学阻抗谱显示其具有优良的阻抗特性和频率特性.     

EDTA-甘氨酸法制备SmBaCo2O5+δ阴极材料及其性能

采用EDTA-甘氨酸法(EGP)合成了中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的阴极材料SmBaCo2O5+δ(SBCO).通过热重-差热分析(TG-DTA),X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),直流四极法及交流阻抗技术分析材料的性能.结果表明,初始粉体在850°C煅烧5 h形成钙钛矿结构单相.EGP制备的SBCO粉体颗粒细小、分散性好、粒径分布均匀,其与Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)电解质材料具有良好的高温化学相容性.SBCO的电导率在500-800°C时达到668-382 S cm-1.以SDC为电解质,SBCO为阴极制备对称半电池,其界面结合良好,颗粒连接充分,形成好的三相界面,具有高的阴极催化活性,750°C时阴极极化电阻为0.0688Ωcm2,远低于固相法(SSR)的值,活化能(Ea)为122.21 kJ mol-1.     

水合Pb(OH)~+在高岭石(001)晶面的吸附机理(英文)

采用密度泛函理论广义梯度近似平面波赝势法,结合周期平板模型,探讨了水体环境中Pb(OH)+在高岭石铝氧八面体(001)晶面的吸附行为和机理,确定了吸附配合物的结构、配位数、优势吸附位和吸附类型.结果表明,Pb(II)与高岭石铝氧(001)面的氧原子形成单齿或双齿配合物,其配位数为3-5,均为半方位构型.高岭石表面存在含"平伏"氢原子的表面氧(Ol)位和含"直立"氢原子的氧(Ou)位,后者更易与Pb(OH)+单齿配位,该吸附配合物具有较高的结合能(-182.60 kJ·mol-1),为优势吸附物种;高岭石表面位于同一个Al原子上的"OuOl"位可形成双齿配合物.表面Ol与水分子配体形成氢键,对配合物的稳定性起到关键作用.Mulliken布居和态密度分析表明,高岭石单齿配合物中Pb―O成键机理主要为Pb 6p轨道与Pb 6s―O 2p反键轨道进行耦合,电子转移到反键轨道.双齿配合物"Pb―Ol―H"共配位结构中,受配位氢原子影响,Pb―Ol成键过程成键态电子填充占主导地位.     

Sr(NO3)2·DCH18C6配合物晶体结构与辐射稳定性

二环己基-18-冠-6（DCH18C6）可以有效地从高放废液中分离⁹⁰Sr,对于减小放射性废物的危害和实现高放废物的减容有重要意义. 由于在实际应用中DCH18C6处于射线照射下,其结构可能会被破坏并引起络合能力的变化,因此有必要对该配合物的辐射稳定性进行研究. 本文合成了Sr（NO₃）₂·DCH18C6 配合物晶体,并通过单晶X射线衍射（XRD）与扩展X射线吸收精细结构谱（EXAFS）等方法进行了表征,确定Sr²⁺与周围氧原子的配位数为10,Sr―O平均键长约为0.268 nm/0.266 nm（XRD/EXAFS）. 配位原子来自DCH18C6 的六个氧原子以及两个作为双齿配体的硝酸根的四个氧原子. 对该配合物晶体在空气中进行γ辐照,EXAFS结果表明吸收剂量为400 kGy时,Sr―O键长及配位数没有发生变化,配位结构没有被破坏,具有很好的耐辐照稳定性. 显微红外光谱（Micro-FTIR）结果进一步证明辐照后冠醚环的部分C―H 键氧化为羟基或羰基,但并不影响DCH18C6与Sr²⁺的配位结构.     

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.     

锂离子电池片状四氧化三钴负极的合成及改性

采用液相沉淀法结合低温固相热解法合成了锂离子电池片状Co3O4负极.通过X射线粉体衍射(XRD)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积分析、扫描电子显微镜(SEM)及恒电流充放电等表征手段,发现该Co3O4为立方相,结晶完整且无杂质,由直径为1.5-3.0μm、厚度约为100-300 nm的不规则片状颗粒组成,比表面积约为30.5 m2·g-1;其比容量高且容量保持率好,在0.1C倍率下,首次放电容量高达1444.5 mAh·g-1,50次循环后充电容量仍大于1100.0 mAh·g-1;但在高倍率(1C)下,50次循环后充电容量保持率仅为75.3%,倍率性能一般.故采用碳纳米管(CNTs)掺杂改性,结果表明:在1C倍率下,70次循环后复合材料充电容量保持率为96.3%;在2C倍率下,50次循环后充电容量保持率仍高达97.0%,倍率性能显著提升.     

真空辅助法合成Fe_3(PO_4)_2·8H_2O及对LiFePO_4/C结构、形貌和电化学性能的影响(英文)

采用了一种真空辅助沉淀法制备Fe3(PO4)2·8H2O,并以此进一步合成粒径尺寸在400 nm左右LiFePO4颗粒.研究了Fe3(PO4)2·8H2O对于磷酸铁锂的形貌、结构、电化学性能的影响.X射线衍射(XRD)结果表明,真空辅助制备的Fe3(PO4)2·8H2O具有高纯度,以此制备的LiFePO4具有高结晶度和纯度.扫描电子显微镜(SEM)结果表明,真空辅助制备的Fe3(PO4)2·8H2O具有未完全发育的颗粒,以此制备的LiFePO4均匀无硬团聚.透射电子显微镜(TEM)结果显示真空辅助制备的LiFePO4包覆一层均匀的碳.真空制备的LiFePO4显示了优异的电化学性能,在1C、10C、20C倍率下的容量分别为140、113、100 mAh·g-1.真空制备的LiFePO4的循环伏安曲线显示了小的极化电压和尖锐的氧化峰.充放电平台曲线表明真空对LiFePO4高倍率性能起到重要作用.电化学阻抗谱(EIS)计算结果显示,真空和非真空制备的LiFePO4的锂离子扩散系数分别为1.42×10-13和4.22×10-14cm2·s-1,说明真空辅助能够提高LiFePO4的扩散系数.     

MnO_2/NiCo_2O_4的静电自组装合成及其电化学性能

通过带负电荷的MnO2纳米片与带正电荷的Co-Ni层状双氢氧化物(LDHs)纳米片的静电自组装外加后续热处理合成了异质层状结构的MnO2/NiCo2O4复合物.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼光谱、原子吸收光谱(AAS)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征.用循环伏安(CV)、恒流充放电和电化学交流阻抗技术对其电化学性能进行了测试.研究结果表明,该方法制得的异质复合物具有多孔层状堆垛结构,这种特殊的结构不仅增大了电解液离子的接触面积,而且还为其嵌入-脱出提供了有效途径.该复合物在1 A·g-1电流密度时,-0.6-0.45 V电位窗口内的比电容达482 F·g-1,优于纯组分MnO2和NiCo2O4的电容性能.     

纳米LiMnPO_4的制备与电化学性能表征

采用两步加热Polyol法制备了纳米LiMnPO4正极材料,详细研究了第一加热平台温度T1(T1=100,110,120,130,140,150°C)对样品物理性质及电化学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及比表面积测试(BET)对样品的晶体结构与微观形貌进行了表征.结果表明,在不同温度T1下得到的样品均为片状结构;T1=100-120°C时合成的样品含有杂相,且比表面积小于15 m2?g-1;在T1=130°C时,得到纯相LiMnPO4样品,且比表面积增至46.3 m2?g-1;随着T1的进一步升高,样品比表面积稍有下降,维持在35-37 m2?g-1之间.纳米LiMnPO4的电化学性能变化趋势与比表面积基本一致,T1=130°C时合成的样品呈现最优的电化学性能,在0.1C倍率下放电容量达到129 mAh?g-1,在5C倍率时达到81 mAh?g-1,这表明LiMnPO4的比表面积是决定其电化学性能的关键因素之一.     

单分子水对H_2O_2+Cl气相反应影响的理论研究

在aug-cc-pVTZ基组下采用CCSD(T)和B3LYP方法,研究了H2O2+Cl反应,并考虑在大气中单个水分子对该反应的影响.结果表明,H2O2+Cl反应只存在一条生成产物为HO2+HCl的通道,其表观活化能为10.21kJ·mol-1.加入一分子水后,H2O2+Cl反应的产物并没有发生改变,但是所得势能面却比裸反应复杂得多,经历了RW1、RW2和RW3三条通道.水分子在通道RW1和RW2中对产物生成能垒的降低起显著的负催化作用,而在通道RW3中则起明显的正催化作用.利用经典过渡态理论(TST)并结合Wigner矫正模型计算了216.7-298.2 K温度范围内标题反应的速率常数.结果显示,298.2 K时通道R1的速率常数为1.60×10-13cm3·molecule-1·s-1,与所测实验值非常接近.此外,尽管通道RW3的速率常数kRW3比对应裸反应的速率常数kR1大了46.6-131倍,但该通道的有效速率常数k'RW3却比kR1小了10-14个数量级,表明在实际大气环境中水分子对H2O2+Cl反应几乎没有影响.