液相法制备碳纳米管/硫正极材料及电化学性能研究

Na2S作为硫源,H2O2为氧化剂,高温水热环境下与HNO3处理的碳纳米管(CNTs)复合,合成碳纳米管/硫(H-CNTs/S)正极材料,材料载硫量为49 wt%,0.2 C倍率下首次循环比容量为680 mAh·g-1,50次循环后保持率高达75%,复合材料具有优良的倍率性能。     

S/MCNT/Fe3O4正极材料制备及电化学性能研究

锂硫电池因具备高的理论能量密度而引起研究者的广泛关注,但是其实际能量密度仍受限于硫的低电导率及其中间产物多硫化物的“穿梭效应”等因素。为解决以上问题,通过熔硫法将正极活性物质硫负载于多壁碳纳米管的多孔网络骨架中,进一步通过研磨法将其与极性氧化物四氧化三铁复合,制得硫/多壁碳纳米管/四氧化三铁（S/MCNT/Fe₃O₄）正极材料。基于该正极材料组装的锂硫电池,在1C倍率下具有高达908.6 mA·h/g的初始放电比容量,循环250圈后每圈容量衰减率为0.2%,平均库伦效率约为99%,当倍率提高到3C时仍具有636.5 mA·h/g的比容量,表现出优良的倍率性能。     

Ni-MOF衍生NiS2@CNTs电极材料构建及其电化学性能

改善过渡金属硫化物导电性和循环稳定性是提升超级电容器性能的关键。以二氰二胺和升华硫分别为碳源和硫源,将Ni-MOF前驱体进行碳化和硫化后构筑了二硫化镍纳米颗粒与碳纳米管的复合材料(NiS₂@CNTs)。分析表明,碳化样品与升华硫的比例为1∶6时,制得的NiS₂@CNTs复合材料具有较大的比表面积,且其中的NiS₂纳米颗粒和碳纳米管呈现高分散性,可为电化学储能过程提供丰富的反应活性位点、快速的离子扩散和较强的电子传输效率。电化学性能测试表明,NiS₂@CNTs电极在0.5 A/g时的比电容可达568.0 F/g。以NiS₂@CNTs和活性炭(AC)分别为正负极组装NiS₂@CNTs//AC器件,其最大输出能量密度和功率密度达15.6和3 207.0 W/kg,经过5 000次充放电循环后的电容保持率和库伦效率分别为98.1%和99.7%,表明该电极材料有望实现长期循环利用且具有良好的实际应用前景。     

MnO2@ACFF中间层强化高载量硫电极性能稳定性作用

为提高碳材料对聚硫化物的吸附能力,将MnO₂原位化学沉积于活性碳纤维炭毡(ACFF)的碳纤维表面,得到了聚硫化物吸附强化的多孔导电材料(MnO₂@ACFF)。将其作为中间层设置于隔膜和硫电极之间,有效控制了高载量硫电极的聚硫离子穿梭,提高了活性物质利用率和库伦效率,降低了电极极化和电化学反应阻抗,提高了电极循环稳定性,避免了锂硫电池的突然失效。在2 mA/cm²的电流密度下,载硫量为15 mg/cm²的硫电极经过350次充放电循环仍保有430 mA·h/g的比容量。提高硫电极载硫量虽然使电极的循环稳定性下降,但载量为20 mg/cm²和30 mg/cm²的硫电极0.1 C下经过100次循环,仍分别保有736 mA·h/g和446 mA·h/g的比容量,比容量保持率为65%,而且面积比容量和面积比能量也能分别保持64%和42%,高于当前锂离子电池的面积比容量和面积比能量。     

非晶态氢氧化镍复合碳纳米管电极材料的电化学性能

采用快速冷冻化学共沉淀法制备非晶态Ni(OH)2粉体,将其作为电化学活性物质复合碳纳米管合成镍电极材料,研究了其电化学性能. 结果表明,加入碳纳米管有效减少了镍电极的电荷转移电阻,增大了电极反应过程的质子扩散系数. 复合0.5%(w)碳纳米管合成的非晶态氢氧化镍电极材料在1 C充放电制度下,放电终止电压为1.0 V时,其放电比容量高达336.5 mA×h/g,放电中值电压为1.251 V,充放电循环30次,放电比容量保持率为96.74%,表现出较好的高倍率充放电性能.     

碳纳米管修饰NaTi2(PO4)3电极材料的制备及应用

本文采用溶胶-凝胶法制备复合材料,通过加入碳纳米管来改善其电导率。SEM和TEM分析表明,结晶良好的NaTi_2(PO_4)_3@C颗粒均匀地分散并嵌入碳纳米管中,复合材料由于碳层和碳纳米管构成的导电网络可以极大地促进电子/离子的传输。因此,所制备的电极在0.2C下可逆容量高达128.1 mAh·g~(-1),在10C下可逆容量高达94.3 mAh·g~(-1),循环性能优良,在2C下循环200次后容量保持率可达94.2%。从实验结果可以看出该材料应用前景广泛。     

CNT@SnO_2@C纳米复合物的制备及其储锂性能

为改善锂离子电池负极循环性能,提高其安全性和稳定性,制备了氧化锡-碳锂离子电池负极材料。以有机聚合物碳纳米管(PNT)为前驱物骨架、沸石咪唑骨架材料-8(ZIF-8)为碳基修饰材料、纳米片状氧化锡为主体材料,合成出一种CNT@SnO_2@C纳米复合物,该材料的比表面积为125. 6 m~2/g。在作为锂离子电池负极材料应用时,2 A/g电流密度下循环600次,容量依然可以保持在878 mAh/g,具备优异的高比容量和持久的循环性能。     

柔性聚合物电解质的制备及其电化学性能

以不同质量比的丙烯酸甲酯(MA)和丙烯腈(AN)为单体,聚乙烯醇(PVA)为分散剂,采用绿色环保的改性乳液聚合法制得聚合物乳液,将聚合物乳液流延涂布制得柔性聚合物膜,进一步采用电解液浸润法制得系列柔性聚合物电解质膜(S1、S2、S3和S4)。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、力学性能测定、热分析、交流阻抗(EIS)和充放电测试对材料的物理化学性能进行了表征。结果表明:当m(MA)∶m(AN)=23∶2(S2)时,聚合物膜的抗拉强度为14.3 MPa,断裂伸长率为248%,25℃时的离子电导率为0.95m S/cm。分别以LiCoO_2为正极、金属锂为负极,天然石墨为正极、金属锂为负极制备CR2032扣式锂离子电池并测试其循环伏安性能和充放电性能,4次循环伏安测试发现峰电位均无明显变化,0.1 C倍率下,首次放电比容量分别为142和307 mA·h/g,50次循环后分别为135和323 m A·h/g,1.0 C倍率下,LiCoO_2的放电比容量为134.3 mA·h/g,说明所制备的材料具有较好的电化学性能。     

Bi_2S_3/BiOI复合材料的制备及可见光光催化性能

采用超声辅助水解法制得BiOI,并采用阴离子交换法,以硫代乙酰胺为硫源,在BiOI表面原位生长Bi2S3,获得Bi2S3/BiOI复合光催化材料。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对Bi2S3/BiOI复合光催化材料的结构及表面形貌进行了表征,并研究了Bi2S3/BiOI复合材料在可见光条件下对甲基橙溶液的降解性能。     

硫含量对铝酸钠种分母液盐蒸发结晶析出的影响

研究了高硫铝土矿中硫对拜耳法NaAl(OH)4种分母液蒸发排盐的影响.结果表明,NaAl(OH)4溶液深度蒸发排盐渣中主要存在Na2CO3·H2O和NaAlO2·1.25H2O,苛碱浓度300~310 g/L时能有效析出Na2CO3且不导致NaAlO2析出过高.硫对NaAl(OH)4溶液中Na2CO3、硫盐和NaAlO2析出影响很大,析出率均随硫含量增加而增加,且排盐率均在60%以上.Na2SO4对析出率影响最大,硫浓度6 g/L时排盐率可达91.33%;Na2SO3的影响稍低;Na2S对析出率影响较小,硫浓度6 g/L时排盐率仅为68.49%.将硫浓度为4.5 g/L的NaAl(OH)4溶液蒸发至苛碱浓度为310 g/L时排盐渣中存在Na2CO·3H2O,NaAlO21.25·H2O,Na2CO32Na2SO4和其他形式复盐.蒸发过程中有部分低价硫被氧化,约有7%和4%的S2氧化为S2+和S4+,7%~11%S4+氧化为S6+.Na2CO3和各价态硫化合物交互作用,影响蒸发排盐效果.     

碳纳米管/氧化石墨烯复合电极制备及除镉研究

为提高电容去离子技术(CDI)对水中镉离子(Cd~(2+))的去除效率,以氧化石墨烯(GO)为主吸附材料、改性碳纳米管(CNT~*)为次吸附材料兼导电剂制备了复合电极,通过测试比表面积、循环伏安特性曲线可知,当m(氧化石墨烯)∶m(碳纳米管)∶m(聚偏氟乙烯)=7.2∶0.8∶2时,电极的比表面积为391.72 m2/g,比吸附量达到11.25 mg/g,比电容达到142.36 F/g。工作电压为1.2 V、循环流速为20 m L/min、电极板间距为3 mm、电极对数达到4对时,镉的去除率可以达到91.8%。通过动力学分析,准一级动力学模型能较好地描述电极对离子的吸附速率。通过对吸附等温线拟合分析,Langmuir模型的拟合率为98.9%,Freundlich模型的拟合率为99.87%,证明GO/CNT~*电极在CDI去除镉离子中具有较好的效果。     

铁基脱硫渣的再生循环

采用氧化方式对铁基脱硫渣进行再生和循环脱硫.结果表明,在Na OH浓度50 g/L、温度50℃的条件下,用1倍理论量的双氧水氧化脱硫渣,脱硫渣中硫的去除率和再生后的循环除硫率分别为97.70%和40.90%;在Na OH浓度50 g/L、温度70℃、通气速率1.2 L/min和通气时间110 min的条件下,用氧气氧化脱硫渣,硫去除率和循环除硫率分别为83.71%和52.74%.脱硫渣在碱性体系中被氧化,其中的硫主要以S2O32-形式进入液相,固相中的铁转变为Fe OOH.     

聚多巴胺包覆的磁性碳纳米管对水中Ni~(2+)的吸附作用

以碳纳米管(MWNTs)、多巴胺、硫酸亚铁铵、硫酸铁铵为主要原材料,采用化学共沉淀法制备磁性碳纳米管(mMWNTs),通过多巴胺原位氧化聚合到磁性碳纳米管表面上,生成改性材料聚多巴胺(PDA)包覆的磁性碳纳米管(mMWNTs@PDA)。并采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对其进行表征。考察了改性后材料在pH、反应时间、温度、初始浓度因素下对水中Ni⁽²⁺⁾的吸附,同时对吸附数据进行吸附动力学和吸附等温线分析。结果表明,改性材料对水溶液中Ni(2+)的吸附,同时对吸附数据进行吸附动力学和吸附等温线分析。结果表明,改性材料对水溶液中Ni⁽²⁺⁾的吸附过程更符合准二级动力学模型(R(2+)的吸附过程更符合准二级动力学模型(R²=0.998 9)和Freundlich等温吸附模型(R2=0.998 9)和Freundlich等温吸附模型(R²=0.996 1)。最后考察改性材料的重复利用性能,实验结果证明经循环再生5次后仍然具有较好的吸附性能。     

硫包覆改性磷酸铁锂材料的性能研究

锂硫电池因其较高的理论比容量受到广泛关注,实验采用硫包覆改性磷酸铁锂,以期兼顾两者的优点。硫包覆改性处理的磷酸铁锂材料LFP-0.05S与初始磷酸铁锂材料LFP相比,形貌相近,均为100～300 nm一次颗粒。在碳酸酯类电解液和醚类电解液中,LFP的放电比容量均为160 mAh/g。在醚类电解液中,LFP-0.05S的放电比容量可以达到190 mAh/g,在3.4 V出现磷酸铁锂的放电平台,在2.4 V和2.1 V出现硫的放电平台。但是LFP-0.05S的循环稳定性较差,循环20圈后,容量保持率为74.9%。     

碳纳米管正极载体制备及在锂硫电池中的应用

锂硫电池因其高能量密度,材料来源广泛,成本低廉的优点,使其在下一代动力电池储能体系中,具有很大研究潜力。然而抑制穿梭效应是商业化锂硫电池亟待解决的关键问题。为解决"穿梭效应"严重的问题,我们采用碳纳米管作为正极载体材料,应用在锂硫电池中。碳材料通过范德华力物理吸附多硫化物,起到抑制多硫离子的作用。在0. 5 C电流密度下,首次放电高达980 m Ah/g,在循环100圈后,容量保持在586 m Ah/g。     

硫掺杂纳米Li2FeSiO4/C制备与电化学性能

采用固相反应法制备了 Li2FeSiO4-xSx/C (x=0,0.01,0.02,0.03)纳米正极材料。通过 X 射线 衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱仪（EDS）、X 射线光电子能谱（XPS）、拉 曼光谱（Raman）、红外吸收光谱（FTIR）及恒流充放电测试研究了材料的微观形貌、晶体结构和 电化学性能。结果表明，Li2FeSiO3.98S0.02/C 形貌呈纳米球状，平均粒径为45.38nm，纳米尺寸的粒径有利于缩短Li+的扩散途径；碳包覆抑制纳米晶粒的生长，可以增强材料的导电性；硫掺杂能扩大材料的隧道间距，加快了Li+的迁移速率。Li2FeSiO3.98S0.02/C 表现出较高的充放电比容量、优异的倍率性能以及循环稳定性，在 0.1C 下首次放电比容量高达 180.1mAhg -1，在 10C 下放电比容量为 85mAhg-1,1C 下循环 100 次后的容量保持率为 91.3%。     

二氧化锡/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能研究

以氯化锡(SnCl₄·5H₂O)为原料，采用水热反应法将二氧化锡(SnO₂)与多壁碳纳米管(MWCNTs)进行复合，合成SnO₂/MWCNTs复合材料，研究不同多壁碳纳米管掺杂量对样品电容性能的影响。XRD研究结果表明，掺杂多壁碳纳米管并未对SnO₂的晶体结构产生影响。SEM测试结果表明，MWCNTs一定程度上抑制了SnO₂团聚现象；充放电测试结果表明，当MWCNTs掺杂量为60%时，在测试电流密度10 mA·g^-1条件下，首次放电比电容为205 F/g，循环50次后比容量保持率为92.68%，电化学性能明显得到改善。     

掺硫碳纳米管作导电添加剂改进磷酸锰铁锂电化学性能

磷酸锰铁锂(LMFP)具有比磷酸铁锂(LFP)更高的能量密度,但因电导率更低,倍率性能较差。本文采用掺硫碳纳米管提升LMFP电极的导电性能,有效提高了LMFP电极的能量密度和功率密度。首先,以亚硫酸钙热解产生的SO₂为掺杂剂,对碳纳米管(CNT)进行气相掺硫处理得到掺硫碳纳米管(SCNT)。与未掺杂CNT相比,SCNT表现出更好的亲水性和导电性。将SCNT水相分散液作为导电添加剂,以水为溶剂制备LMFP电极,分别在室温和-10℃的低温环境下进行倍率性能、循环性能和交流阻抗等测试。结果表明,添加SCNT作导电剂有效提高了LMFP电极的导电性和动力学速率,添加SCNT的LMFP电极在0.2C和5C下可逆容量分别为200 mAh/g和145 mAh/g,显著高于添加了CNT或CB导电剂的LMFP电极。将添加SCNT的LMFP电极与石墨匹配组装全电池,表现出185.0 Wh/kg和665.5 W/kg的超高能量密度和功率密度。     

S与Cr共掺杂TiO2介孔材料的固相合成及其可见光降解中性红

采用固相反应法分别合成了铬掺杂二氧化钛(Cr-TiO2)、硫掺杂二氧化钛(S-TiO2)及硫和铬共掺杂二氧化钛(S-Cr-TiO2)介孔材料,对其进行了物相织构表征,并研究了其对中性红的可见光降解性能. 结果表明,在S-Cr-TiO2中,硫以阳离子S6+形式、铬以同晶取代方式进入TiO2晶格或晶格间隙;S-TiO2, Cr-TiO2及S-Cr-TiO2 (摩尔比S/Cr=1:1)的比表面积分别为148.2, 134.6, 122.8 m2/g,孔半径分布中心依次为2.4, 2.6和3.06 nm. S-Cr-TiO2则随S/Cr比增大比表面积逐渐降低,同时存在Ti?O?S和Cr?O?S键并出现微量Cr2O3与CrO3物相. S与Cr共掺杂能有效限制TiO2微晶的生长,其紫外-可见漫反射吸收光谱覆盖了可见光区并延伸到近红外区域. 在25℃及pH=6.5条件下,S-Cr-TiO2 (S/Cr=3:2)在60 min内对中性红的降解率达91.8%,分别是纯TiO2 (39.6%), S-TiO2 (52.7%)及Cr-TiO2 (43.4%)的2.32, 1.74和2.11倍. Cr3+与Cr6+的相对含量及价态的转化控制中性红的降解率,Cr6+对中性红的降解起决定性作用.     

层层自组装复合纤维膜在锂硫电池的性能研究

本文首先通过静电纺丝制备了聚丙烯腈/磺化聚醚醚酮(PAN/SPEEK)复合纤维膜。为了减少穿梭效应,在复合纤维膜表面上交替地沉积带相反电荷的氨基化多壁碳纳米管(MWCNTs-NH2)和聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS),得到了PAN/SPEEK/(MWNTs-NH_2/PSS)n膜。该薄膜具有适宜的孔隙率,良好的电解液浸润性和优异的耐高温特性。长循环测试发现,PAN/SPEEK/(MWNTs-NH_2/PSS)10在0. 1 C时的放电容量为819 mAh/g。100次循环后仍保留了585 mAh/g的放电比容量,容量保持率71. 48%,优于PP隔膜(61. 33%)。因此,本文提供了一种简单的方法改进了锂硫电池的循环稳定性。