三相碳改性磷酸铁锂复合材料的制备及其电化学性能研究

以磷酸铁、碳酸锂为原材料,葡萄糖、碳纳米管和石墨烯为导电剂,通过砂磨工艺及碳热还原法制备了高性能磷酸铁锂、无定型碳、石墨烯、碳纳米管复合正极材料LFP/C/G/CNTs。材料表征结果表明,碳纳米管、石墨烯和无定形碳与磷酸铁锂复合在一起,成功构建了高速电子传输网络; 电化学性能测试表明,LFP/C/G/CNTs具有良好的循环性能和倍率性能。在0.1C电流密度下,LFP/C/G/CNTs放电比容量为161.5 mAh/g; 在5C电流密度下,LFP/C/G/CNTs复合材料放电比容量仍达126.5 mAh/g; 在2C电流密度下,循环200次后,LFP/C/G/CNTs放电比容量152.1 mAh/g,容量保持率为99.6%。     

NaOH改性天然石墨及其电化学性能研究

以NaOH为氧化剂，对天然石墨进行氧化改性研究，考察改性温度、NaOH浓度和改性时间对天然石墨微观结构和电化学性能的影响。结果表明，通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征发现，NaOH氧化改性后晶面衍射角变大，衍射峰向右发生偏移，晶面间距减小，石墨化度略微增大，且表面的C=O、COO-、 C-O-C官能团含量升高。天然石墨在5 mol/L、50℃的NaOH溶液中氧化改性12 h后，放电比容量由335.2 mAh/g增加到469.5 mAh/g，经30次充放电后的放电比容量为386.3 mAh/g，容量保持率为82.3%。     

对苯二胺低聚物改性氧化石墨烯及其在超级电容器中的应用研究

为了获得用于新型炭基超级电容器的高比容量电极材料,本文以化学氧化法制备的氧化石墨 烯为原料、对苯二胺低聚物为改性剂,在溶剂热条件下制备了氧化石墨烯-对苯二胺低聚物的复合物。 通过紫外可见吸收光谱研究了对苯二胺低聚物的分子结构随加热时间的变化情况。 采用X射线衍射 光谱、扫描电镜、循环伏安等方法,对该复合物的结构、形貌、容量性能、循环稳定性等进行了表征。 结 果表明,对苯二胺低聚物可有效扩大氧化石墨烯的层间距,复合物呈紊乱堆砌态,其中60℃水浴加热 48h制备的低聚物改性氧化石墨烯的效果最为明显,其复合物的比容量可达453F/g,且经过600次循 环后比容量保持率在98%以上。 用该复合物制得超级电容器,以电极活性物质计,其能量密度为6.8 W·h/kg时,功率密度为516.3W/kg,且经1000次循环后比容量保持率在90%以上。 实验研究表明: 对苯二胺低聚物改性氧化石墨烯复合物在能源存储等方面具有潜在应用前景。     

石墨烯的制备及其复合导电浆料对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池性能的影响

通过化学氧化-热还原法制备了高柔韧性、片层少的石墨烯粉体,将其与碳纳米管、炭黑制备出石墨烯复合导电浆料,并分析对比了不同片径的石墨烯复合导电浆料和常规复合导电浆料对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子电池性能的影响。结果表明,石墨烯含有丰富的含氧官能团,复配后的石墨烯复合导电浆料在正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中可以构建高效的点-线-面结构的三维空间导电网络,其中,D₅₀片径为11.581 μm的石墨烯复合导电浆料电化学性能较为优异,在8C(20 A)大倍率放电条件下容量保持率为104.45%,1C/8C倍率循环200周后电池仍有2 121 mAh的容量,容量保持率为87.90%。     

锂锰氧化合物的分子模型及理论容量计算

以LiNO₃ 和电解MnO₂ 为原料, 以含羟基有机溶剂和水的混合溶液为分散剂, 采用流变相法合成尖晶石型Li_xMn₂O₄, 提出了锂锰氧的分子模型并计算了其理论容量。结果表明, 在700～800 ℃温度范围, 所得化合物为化学计量尖晶石型材料, 其理论容量为148 mAh/g;当合成温度达900 ℃以上时, 产物为缺氧型尖晶石, 其理论容量为120 mAh/g, 材料中电化学活性物质Mn³⁺的含量降低是材料理论容量降低的主要原因。实验结果表明, 当锂锰摩尔比为0.488 时, 锰的平均氧化价态为3.52, 在煅烧温度为760 ℃时, 所合成锂锰氧材料的充电容量可达128.1 mAh/g, 放电效率为92.3%。     

煤基石墨烯/Fe_2O_3自支撑电极的制备及其储锂性能

基于煤炭开发新型碳纳米材料,用于增强过渡金属氧化物电化学性能,构筑高比容量、高稳定性锂离子电池负极材料具有巨大的应用潜力。以宁夏太西无烟煤为碳质前体,采用高温石墨化-化学氧化策略制备得到煤基氧化石墨烯(CGO),并以多孔泡沫镍为3D支撑骨架和集流体,依次以含铁的DMF/H_2O混合溶液和CGO水溶液为电解液,通过二次原位电沉积技术构建了煤基石墨烯/三氧化二铁(CG/Fe_2O_3)自支撑复合材料。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)等手段对产物的形貌结构和物相组成进行了表征。结果表明,DMF与H_2O的体积比为1∶1时,所制备的Fe_2O_3自支撑材料呈鹿角状结构;CGO的质量浓度为0.1 mg/mL时,所制备的CG/Fe_2O_3-1复合材料呈现分级多孔自支撑结构。将CG/Fe_2O_3-1自支撑复合材料直接作为锂离子电池负极,在1.0 A/g大电流密度下,具有1 156 mA·h/g的高可逆容量,容量保持率达88.9%;当电流密度提升至5.0 A/g时,容量仍可保持在1 074 mA·h/g左右,展现出优异的倍率性能。电荷储存机理分析表明,CG/Fe_2O_3-1复合电极的电容主要源于电池充放电过程中CG产生的双电层电容以及Fe_2O_3氧化还原反应产生的赝电容贡献。这种出色的储锂性能归因于分级自支撑负极的宏观设计,其赋予CG/Fe_2O_3-1更加稳定的空间结构和通畅的Li~+传输通道,能够有效改善Fe_2O_3充放电过程中的体积变化,加速锂化/脱锂动力学。     

功率对热等离子法制备纳米SiO的影响及其锂电池性能测试

利用热等离子发生器,分别在功率为13.2、14.3和15.4kW时制得了比表面积为84.16、126.26、172.02m~2/g的纳米SiO颗粒,与原始SiO颗粒比表面积1.95m~2/g相比,产物比表面积随等离子体功率升高而增大。TEM结果表明制备出的纳米SiO颗粒形貌为近球形,且随等离子体功率升高,得到的粒径越小分布越均匀。分别以3种功率制备纳米SiO为负极活性材料测试锂电池性能,首次放电容量分别为1 732、1 771、1 924mA·h/g,50次循环后其容量保持在313、316、395mA·h/g;而原始SiO颗粒首次放电容量约为1 291mA·h/g,50次循环后,容量保持在75mA·h/g,表明利用热等离子法制备的纳米SiO的电化学性能得到了极大的提升。     

泡沫镍负载的NiCo_2O_4电极材料的超级电容性能北大核心CSCD

采用水热法在泡沫镍基底上直接生长NiCo_2O_4电极材料,分别用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试等手段研究了材料的结构和电化学性能。结果表明,NiCo_2O_4材料粒径尺寸均一,分散性好,该电极材料在1 A/g电流密度下放电比容量高达1 227 F/g,当充放电电流密度增大到10 A/g时,比电容为836.4 F/g,容量保持率为68%。在6 A/g的大电流密度下充放电循环1 000次后,仍有较为良好的容量保持率。NiCo_2O_4作为超级电容器电极材料展现出良好的容量属性和倍率性能。     

Mn掺杂和还原氧化石墨烯复合对NiAl-LDHs超级电容性能的影响

采用水热法制备了水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs)NiAl-LDHs、NiMnAl-LDHs及其分别与还原氧化石墨烯(reduced Graphene Oxide,rGO)的复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、电化学工作站对合成的材料进行了结构形貌和电化学性能表征,并研究了Mn离子掺杂和rGO复合对超级电容性能的影响。结果表明,Mn离子掺杂降低了LDHs的结晶度和片层尺寸,提高了分散性,降低了内阻,使倍率性能提高;与rGO复合后,导电性和比容量进一步提高,其中NiAl-LDHs/rGO具有最高比电容,在1A/g时达1 345F/g,在5A/g循环1 000次后容量保持率为82.9%。     

泡沫镍负载的NiCo_2O_4电极材料的超级电容性能

采用水热法在泡沫镍基底上直接生长NiCo_2O_4电极材料,分别用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试等手段研究了材料的结构和电化学性能。结果表明,NiCo_2O_4材料粒径尺寸均一,分散性好,该电极材料在1 A/g电流密度下放电比容量高达1 227 F/g,当充放电电流密度增大到10 A/g时,比电容为836.4 F/g,容量保持率为68%。在6 A/g的大电流密度下充放电循环1 000次后,仍有较为良好的容量保持率。NiCo_2O_4作为超级电容器电极材料展现出良好的容量属性和倍率性能。     

碳基薄膜固液复合润滑研究现状

摩擦和磨损制约着机械系统的高可靠、长寿命服役,随着科学技术的快速发展,单一的固体或液体润滑系统已经无法满足工业应用中对机械部件的摩擦学性能要求.因此,研究人员对固液相复合润滑体系展开了大量研究,碳基薄膜因具有优异的摩擦学性能而常被用于组成固液复合润滑体系.对碳基薄膜固液复合润滑体系的研究进行了回顾,从碳基薄膜/油复合润滑、碳基薄膜/离子液体复合润滑、碳基薄膜/水复合润滑、碳基薄膜/润滑剂/纳米添加剂复合润滑,以及表面织构碳基薄膜和摩擦过程中生成碳材料的特殊碳基材料复合润滑六个体系对碳基薄膜固液复合润滑进行了综述.碳基薄膜/润滑油复合润滑无论是在大气还是在真空中都表现出优异的摩擦学性能,碳基薄膜/离子液体复合润滑对于提高在苛刻条件下服役的机械运动部件的摩擦学性能具有指导意义和广泛的应用前景.润滑添加剂的使用,可以在碳基薄膜/润滑油复合润滑体系的基础上进一步提高摩擦学性能,过渡金属氮化物/润滑油摩擦催化生成碳材料为进一步发现和发展不同的先进润滑和保护材料提供了前景.最后总结了目前研究领域中存在的一些问题,并对未来发展方向进行了展望.     

制备工艺对CNTs/Pb复合阳极 的电催化性能影响

研究了粉末冶金技术制备CNTs/Pb复合阳极，讨论了碳纳米管浓度、烧结气氛、成形压力对锌电积用复合阳极电化学性能的影响。研究表明：复合阳极电催化活性随着电解液中碳纳米管含量的增加呈现先增后减的趋势，随着成形压力的上升也呈现出先增后减的趋势。在1 g/L CNTs，成形压力410MPa,真空环境烧结的较优工艺条件下，制得的CNTs/Pb复合阳极在500 A/m2的电流密度下阳极电位稳定在1.4468 V，较传统铅银阳极低了59.1 mV, 较纯铅阳极低了 173.2 mV。     

新型纳米硅/碳复合材料的制备及其电化学性能

为缓解纳米硅粉的体积膨胀,并有效提高其电导率,采用直流电弧等离子蒸发法和液相分散制备高纯、高分散性纳米硅粉,并以蔗糖为碳源,再与膨胀石墨复合,制备出一种新型纳米硅碳复合负极材料。研究结果表明:纯纳米硅在0.1C的倍率下首次放电比容量达到2 712mAh/g,但首次库伦效率仅为33.81%;所制备的纳米硅碳复合材料在0.1C的倍率下,首次充、放电容量分别为615mAh/g和917mAh/g,50个循环以后可逆比容量保持在495mAh/g,循环性能和倍率性能大大改善。     

ZnO/PANI复合膜的制备和光电化学研究

采用电化学组装法（ECA）和溶胶-凝胶法（Sol—gel）联用技术制备ZnO／聚苯胺（PANI，polyaniline）复合膜，并用TEM和SEM对ZnO溶胶和ZnO／PANI复合膜的形貌进行表征。同时还利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和光电流谱等研究了ZnO胶体、ZnO微粒膜和ZnO／PANI复合膜的光电化学性能。结果表明，ZnO／PANI复合膜具有优良的发光性能和光电化学转换效率，可用来制备发光纳米材料和处理含有甲基橙的废水。     

MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯复合负极材料的制备及性能研究

采用原位生长法设计并合成了MOF衍生碳包覆硅纳米颗粒限制于石墨烯的复合材料(Si/C@G),并应用于锂离子电池负极材料,该材料结构有效缓解硅基负极材料充放电过程的体积变化,促进了稳定的固态电解质中间相层的形成,提高了电极材料的电导率。Si/C@G负极材料在电流密度500 mA/g时经100次循环可逆比容量仍有1081.2 mAh/g;在电流密度5.0 A/g时其可逆容量达到949.6 mAh/g。Si/C@G负极在1.0 A/g的恒电流密度下循环500次后可逆比容量可保持在677.2 mAh/g左右,库仑效率可达99.84%,表现出良好的循环稳定性。     

原位碳包覆二硫化钼用于锂离子电池负极材料

以木耳为碳源,以钼酸钠、L-半胱氨酸分别为钼源和硫源,采用水热法原位合成一种碳包覆二硫化钼（MoS2@C）复合材料,用于锂离子电池负极材料。通过透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对样品进行了系统的研究。以锂金属片为对电级,在两电极电池体系中进行电化学性能测试。结果表明:所制备的MoS2@C复合材料具有多孔碳包覆的结构和良好的电化学性能。MoS2@C展示出高的可逆容量（电流密度为0.1 A/g,容量为829.6 mAh/g）,卓越的倍率特性（电流密度为2.0 A/g,容量为538.3 mAh/g）和良好的循环稳定性（电流密度为0.5 A/g时经过200次循环后,放电比容量保持率达94%）。所提出的策略还可进一步推广到其他过渡金属硫化物,用于超级电容器、钠离子电池和钾离子电池等储能领域。     

B_4C含量对Ni-Co/B_4C复合镀层硬度及耐磨性的影响

采用复合电沉积的方法制备出Ni-Co/B4C复合镀层。利用光学显微镜、XRD衍射等方法分析了复合镀层的微观形貌及相结构。结果表明,所制备的Ni-Co/B4C复合镀层均匀致密,基体界面结合良好,B4C颗粒分布均匀,镀态下镀层为晶态结构。研究了镀液中B4C颗粒含量对复合镀层硬度及耐磨性的影响,随着镀液中B4C颗粒含量的增加,Ni-Co/B4C复合镀层的显微硬度和耐磨性能均明显提高。     

化学气相渗透法制备炭/炭复合材料的显微结构 和力学性能研究

以天然气为碳源, 氢气为载气, 采用等温化学气相渗透工艺对预制体初始密度为0.5 g/cm³ (纤维体积分数为28%)的针刺整体毡进行致密化, 在70 h内制备出表观密度为1.76 g/cm³的炭/炭复合材料。采用压汞法对复合材料的开孔孔径分布进行了分析, 用偏光显微镜和扫描电镜观察了基体的微观组织, 分析了三点抗弯试样的断口形貌。结果表明, 复合材料中的开孔以小于40 μm的微孔为主, 基体热解炭几乎全部由粗糙层热解炭组成, 仅在化学气相渗透的初始阶段在炭纤维的表面形成了很薄的一层各向同性热解炭, 复合材料的抗弯强度达到210 MPa。     

Ni(Ⅱ)-CVL/PVA变色膜的制备及性能研究

利用溶液流延法,基于结晶紫内酯隐色体染料掺杂镍的六次甲基四胺配合物,添加到聚乙烯醇体系中,制备了随温度升高颜色多变的热致变色复合膜。通过SEM、EDS等手段对所得到的样品进行微观形貌和元素分布分析;并利用FT-IR、TG等手段表征配合物与微胶囊结合作用,通过热色性测试表征复合膜颜色多样性和温度变化范围。结果表明,制备蓝色微胶囊的最佳合成条件为:醇溶剂化合物/显色剂/隐色剂的质量比为50∶3∶1;复配物/壁材的最佳质量比为1∶7;制备该复合膜其配合物与微胶囊的质量比为2∶1;复合膜颜色变化范围加宽,从蓝色(室温)、绿色、黄色到蓝紫色四种颜色依次变化;受醇溶剂化合物与配合物之间化学键的影响,复合膜的变色温度比微胶囊膜高;随着醇溶剂化合物熔点的升高,热稳定性升高;揭示了不同配比、不同醇溶剂化合物在热致变色膜中颜色变化的影响,并对变色机理进行了初步探讨。     

生物质桦木屑柱状多孔碳自组装纳米硅复合负极材料

本文采用KOH碱活化刻蚀方法构建三维柱状结构的桦木屑衍生多孔碳材料用于负载高容量纳米硅（SiNP）颗粒,以缓解半导体硅材料本身导电性差及体积膨胀大的问题。所制备的硅碳负极电池材料具有稳定循环性能和优异的倍率性能,通过电化学测量结果显示,在0.5A/g的恒电流密度下桦木屑衍生柱状多孔碳材料负载高容量（20%）纳米硅粒子的复合材料具有较高的贮锂性能:初始放电容量为1099.98mAh/g, 经过200次循环后比容量仍然稳定在1089.77mAh/g。这项工作为负载高容量电极的核孔结构提供了一条有前景的新思路。