原位拉曼光谱在碱金属离子电池炭负极材料研究中的应用

拉曼散射仪是一种基于激光物理学的快速、无损、高分辨率的通用表征工具,已被证明是研究温度、应力、电化学反应等诱导的结构相变的一种有力工具.碱金属电池的原位拉曼表征可以追踪充放电过程中的电极材料变化和界面反应.炭材料因其良好的可逆性、优异的稳定性、低电化学平台和低成本,成为应用最广泛的锂离子电池负极材料.本文详细总结了原位...     

超级电容电池用炭类负极材料的研究进展

超级电容电池是具有高能量密度和高功率密度的新型储能器件,对其负极材料的研究主要集中在炭材料上.分析了超级电容电池用炭类负极的工作原理,综述了可用作超级电容电池负极的活性炭/石墨复合材料和三维炭材料的制备方法与电化学性能,分析了现行超级电容电池用炭类材料研究中的不足,指出超级电容电池用炭类负极材料的研究重点应集中在对其储能机理进行深层次研究.采用量子化学计算方法研究炭材料结构与性能的关系也是未来研究的一个重点.     

原位合成壳聚糖复合炭材料及其在铅碳电池中的应用

以壳聚糖、氧化铅为原料,利用原位合成方法,制备复合炭材料。通过X射线粉末衍射仪、扫描电镜和电子能谱仪、比表面仪、拉曼光谱仪等方法对复合炭材料进行表征,结果表明:壳聚糖为碳源的复合炭材料具有非晶态结构,孔径分布集中在5~10nm,比表面积高达487.4m2/g,适合作为Pb-C电池负极材料使用;将原位合成壳聚糖复合炭材料或者炭黑材料与析氢抑制剂、黏结剂、膨胀剂等电池添加剂混合成涂膏,分别组装成Pb-C模拟电池,利用电化学测量技术和电池性能测试系统评价Pb-C电池电化学性能,结果表明:以原位合成壳聚糖复合炭材料作为负极材料制成的Pb-C电池负极板,比以炭黑为碳源制备的负极材料具有更好的电化学性能,电阻较小,其循环伏安测试的比电容为162.9F/g,首次放电平台更长,最终容量达到108.72mAh/g,壳聚糖为碳源时比容量为理论比容量的98%,且10000次循环几乎没有衰减。     

炭材料在铅炭超级电池负极中的应用

铅炭超级蓄电池是由铅酸电池和超级电容器通过创新组合而形成的新型电化学储能装置,具有高功率、长寿命的特点,在电动汽车与规模储能方面有良好的应用前景。其性能突破的关键是将炭材料用到铅炭超级电池负极中,降低负极硫酸盐化。在高倍率部分荷电态工况下,阀控铅酸电池失效的原因是在负极板表面生成致密、不导电的硫酸铅的绝缘层。炭材料添加剂能抑制负极不可逆硫酸盐化,显著提高在高倍率部分荷电态工况下电池的循环寿命、功率性能和充电接受能力。介绍了炭材料抑制负极不可逆硫酸盐化的内在作用机理,综述了最近几年炭材料在铅炭超级蓄电池中应用的研究进展。     

炭负极材料储钠机理的研究进展

随着新能源产业的快速发展，储能市场正在逐步崛起，钠离子电池(SIB)作为一种新兴的低成本储能体系受到了广泛的关注。低成本和稳定的电化学特性是炭材料成为推动钠离子电池产业化的关键负极材料。综述了各类炭材料的结构特征和储钠特性及它们的改性措施，并对炭材料的储钠机理进行了讨论和总结，展望了炭基储钠负极材料的未来发展。     

锂离子电池炭负极材料结构及嵌锂机理研究进展

炭材料取代金属锂作为负极后,锂离子电池在商业应用上取得了成功,并以其高能量密度在各种电子设备上广泛使用.锂离子电池的性能很大程度上取决于炭负极材料的微观结构,不同种类的炭材料其电化学性能有很大差别.对近几年所研究的可逆储锂炭材料进行了综述,着重总结了炭负极材料的种类、结构及其嵌锂机理,并展望了锂离子电池炭负极材料的研究进展.     

硫掺杂炭材料在钠离子电池负极中的研究进展

钠离子电池因资源丰富及成本低等优势，在大规模储能领域备受关注。炭材料作为钠离子电池实用化进程中的关键负极材料，具有高容量、低嵌钠平台、易调控且稳定性好等特点，引起了研究者的广泛关注。掺杂原子可改善炭材料的微观与电子结构，是提升储钠性能的有效途径。常见的杂原子包括N、S、O、P、B等，其中硫原子因其较大的半径能显著扩大层间距、增加缺陷与活性位点，被广泛用于炭负极材料的掺杂改性。本文综述了近年来硫掺杂炭材料的设计制备及在钠离子电池负极中的研究进展，分析了硫掺杂对碳结构的调控机理与改善电池性能的作用机制，最后针对目前面临的挑战和可能的解决方案进行了总结和展望，以期推动硫掺杂炭负极材料在钠离子电池中的实用化进程。     

原位合成铅碳电池负极复合材料及其电化学性能研究

采用剑麻纤维、导电剂、粘结剂、膨胀剂、析氢抑制剂等为原料,利用原位合成的方法,制备了铅碳电池负极复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射谱(XRD)、比表面吸附法(BET)、拉曼光谱(RM)等对其形貌、相结构、孔径、石墨化程度进行表征和分析。同时把负极复合材料与电池添加剂混合成涂膏,组装成Pb-C模拟电池,利用电化学测量技术,对Pb-C模拟电池进行循环伏安曲线、电化学交流阻抗谱测试,以评价原位合成负极复合材料实际应用的可能性及其潜在价值,结果表明,以原位合成剑麻纤维为碳源的负极复合材料制成的负极板,具有更好的电化学性能,具有更小的电阻,其循环伏安测试的比电容为0.523F/g。     

纳米炭材料应用于稳定锌离子电池中锌负极（英文）

水系锌离子电池（ZIBs）由于价格低、安全性好、储能性能优异等优点，在电网和可穿戴设备中具有极大的前景。然而，锌离子电池的锌金属负极并不稳定，例如，锌负极上会形成锌枝晶，同时还会发生析氢反应和其他副反应。这些不稳定的因素阻碍了ZIBs的应用。最近，纳米炭材料因其独特的结构、优异的导电性和良好的稳定性成为优化锌负极的重要材料。这篇综述系统地概述了纳米炭材料用于稳定ZIBs中锌负极的最新进展。总结了纳米炭材料稳定锌负极的4种策略，包括使用炭材料作为基底、保护涂层、电解质添加剂和隔膜改性。最后，指出了纳米炭材料在稳定锌负极方面的挑战和前景。     

锂离子电池用聚萘负极材料的制备及电化学性能

采用3,4,9,10-二萘嵌苯四酸二酐(PTCTA)为原料,经高温自由基聚合、气相沉积、脱氢、石墨化工艺制得锂离子电池用聚萘(PPN)负极材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、激光显微拉曼光谱等检测技术对PPN负极材料的结构和表面形貌进行了分析与表征,研究了PPN作为锂离子电池负极材料的电化学行为。结果表明,PPN负极材料具有类似石墨的多片层结构,电化学测试表明,PPN负极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能;在50mA/g电流密度下,PPN负极材料首次放电比容量为368.4mAh/g,经过200圈循环之后,PPN负极材料的放电比容量仍保持在300.3mAh/g。结果显示PPN适用于做锂离子电池负极材料。     

黑磷在离子电池中的应用研究进展

新型纳米材料黑磷呈二维折叠层状结构,具有独特的光电特性,其理论容量大、载流子迁移率高、氧化还原电位低、带隙可调,在电化学储能、光催化制氢、癌症靶向治疗等领域应用前景广阔。尤其是在电化学储能领域,因其高达2 596 mAh/g的理论比容量,已被作为锂离子电池与钠离子电池的负极材料得到了广泛的应用,是可充电电池理想的负极材料之一。综述了黑磷在离子电池领域的应用,旨在为后续黑磷的结构设计奠定基础,为储能领域蓬勃发展铺平道路。     

锂离子电池负极用纤维状炭材料

纤维状炭材料有各种尺度和形貌,由于成本和性能缺乏竞争力,制约其在锂离子电池负极材料中的应用。随着纳米技术的发展,一些改性后的新型炭纤维表现出良好的负极材料性能。文章综述了近年各种纤维状炭材料用作锂离子电池负极材料的国内外研究进展。依据纤维状炭材料的结构、性能及其研究思路,分别归纳了石墨纤维、炭纤维及具有各种微观结构的炭纳米纤维作为负极材料的电化学性能及应用前景。结果表明,纤维状炭材料作为锂离子电池负极材料的研究,经历了从石墨化炭纤维到非石墨化炭纤维,从微米级直径到纳米级直径,从注重研究工艺参数到注重研究和设计微观结构的过程。从提高容量和倍率性能的潜力及成本和可工业化角度考虑,纤维状炭材料极有可能是未来炭负极材料的重要选择。     

炭材料在全钒氧化还原液流电池中的电化学活性

炭材料在全钒氧化还原液流电池(钒电池)中主要用作电极。由于传统炭材料对钒电对氧化还原反应的电化学活性较差,因此,对以石墨毡为代表的炭材料电化学活性研究成为钒电池电极研究的重要组成部分。研究从石墨毡电极改性和炭材料作为催化剂应用两方面详述炭材料在钒电池中的电化学活性研究现状,先介绍含氧官能团和含氮官能团对钒电对氧化还原反应的电催化作用,回顾碳纳米管和石墨烯两类新型炭材料在钒电池中的应用。对炭材料电化学活性的今后研究工作进行展望,通过对炭材料性构关系的全面了解和对碳电极上的钒电对电化学反应过程动力学的深入研究,才能为炭材料在钒电池中的实际应用奠定扎实的理论和应用基础。     

锂离子电池石墨负极锂沉积研究进展（英文）

全面推进交通运输电气化是实现“碳中和”的根本途径，而以电化学能量储存和转化为核心的电池、电容器等储能技术的开发是其中的重要环节。锂离子电池具有储能密度高、充放电效率高、响应速度快、产业链完整等优点，是最近几年发展最快的电化学储能技术。石墨具有导电性好、成本低、循环寿命长、溶胀率低、安全性高等优点，是锂离子电池负极的首选材料。然而石墨负极金属锂的沉积不仅降低电池循环及快充性能，而且带来电池短路甚至爆炸等安全隐患。本综述概述了石墨负极的电化学动力学过程，总结了依托原位技术对锂沉积机理的解析，讨论了锂沉积过程的影响因素以及解决办法。最后提出了本领域今后发展过程中可能面临的挑战及机遇。     

自支撑碳基负极材料的储钠研究进展（英文）

凭借着钠资源储量丰富和成本优势，钠离子电池在电化学储能领域有望成为锂离子电池的重要补充。作为钠离子电池负极材料，炭及其复合材料可以通过合理的结构设计和组分调控获得优异的储钠性能。随着可穿戴电子器件日益普及，人们对电极提出了更高的性能要求。自支撑电极无需使用电化学惰性的黏结剂和导电添加剂等组分，有利于提升电池体系能量密度。本文总结了近年来钠离子电池用自支撑炭基电极材料的最新研究进展，包括碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯及其复合材料，从基底有无的角度详细综述并讨论了自支撑炭基负极的制备策略及其电化学性能，最后对钠离子电池用自支撑炭基负极材料的未来挑战和发展进行了展望。     

沥青基炭材料：结构设计、制备方法及其在储能中应用（英文）

沥青具有炭含量高、易石墨化的特点，被认为是制备炭材料的一种很有前途的前驱体。为了生产出具有理想性能的炭材料，必须解决由沥青复杂组成和易于软化的特性所导致的炭材料结构难以控制的问题。最近，研究人员提出了几种有效方法来调控沥青基炭材料的结构。本文总结了沥青基炭材料的结构设计、制备方法及其背后机理的最新进展，同时介绍了其在超级电容器和碱金属离子电池等储能装置中的应用。     

钾离子电池中碳负极材料的研究进展

有机系钾离子电池因其能量密度高、钾储量丰富、成本低等优势而成为当前储能器件领域一个新的研究热点。钾离子可以在商品化石墨负极材料中嵌入与脱出,这对于钾离子电池未来的产业化发展具有重要意义。但目前石墨负极存在体积膨胀率较大、容量衰减快、倍率性能低等问题。研究者们尝试使用石墨以外的其它负极材料来提高钾离子电池的电化学性能,如其它种类碳质材料、金属氧化物、过渡金属化合物等。其中碳质材料因制备方法简单、成本低廉、安全环保等优点而成为主要研究对象。本文总结了钾离子电池碳负极材料的最新研究进展,并对一些表现出优异电化学性能的碳负极材料的制备方法及电化学机理做出扼要重述;在此基础上,对钾离子电池的下一步研究进行展望与总结。     

原位透射电镜技术在电化学储能领域的研究进展

理解电极材料的微观电化学行为、微观结构演变和反应机理,对开发高性能电化学储能材料具有重要意义,并有望为优化高性能电化学储能器件的设计提供帮助。在透射电子显微镜(TEM)中构建微型电池,可以直接观察在电池工作状态下电极材料的形貌、成分和微观结构演变,从动力学角度理解电极材料转化和存储的过程和机制,构建电极材料微观结构-宏观性能的构效关系。综述了近年来利用原位TEM研究锂离子电池重要电极材料、锂硫电池和锂-空气电池的最新研究进展,讨论并展望了原位TEM技术在电化学储能领域的未来发展趋势。原位TEM技术对于研究理解在电池工作状态下电极材料的电化学反应行为和机理具有重要的价值,对于深入理解电池失效过程和设计高性能电池具有重要的指导意义。     

纳米线材料及其在电化学储能方面的应用

从材料本征性能和结构的控制入手来提高其容量发挥、循环性能、倍率性能至今仍是亟待解决的一大难题,而纳米线材料因其具有独特的各向异性、大的比表面积、优异的张力适应性、快速的轴向电子传输和径向离子扩散等特性使其在锂离子电池、锂空气电池以及超级电容器储能器件的组装、原位表征等方面相较于其它简单结构纳米材料有着独特优势。结合当前纳米线材料的最新研究进展,主要讨论了单根纳米线电化学储能器件及纳米线材料的优化策略,包括新型纳米线材料的设计构筑、合成以及电化学性能表征。概括了纳米线材料的形貌控制、性能改善以及应用的前景,为其在电化学储能方面的应用奠定基础。     

锂离子电池锡基负极材料研究进展

介绍了锂离子电池锡基负极材料的反应机理、制备方法、电化学性能及近期的研究现状.锡基负极材料具有高的可逆容量,制备工艺简单,若能克服目前存在的问题,将有望成为新一代锂离子电池负极材料.