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。     

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。     

大面积磷掺杂碳纳米片:高性能钠离子电池负极材料

正由于来源丰富、成本低廉、无毒且稳定性好,碳材料被认为是钠离子电池最具应用前景的负极材料之一,开发具有高容量、长寿命、低成本的碳材料对促进钠离子电池尽快商业化意义重大。由于钠离子半径较大,用作锂离子电池的传统石墨负极储钠活性差,其不能直接用作钠离子电池负极材料。但研究表明众多无定形碳材料展现出了良好的储钠性能。目前,钠离子电池无定形碳负极材料可逆容量一般在200~300m Ah·g~(-1),由于具有较大的比表面积,副反应较多,导致了     

钠离子电池负极材料锐钛矿型二氧化钛的研究进展

相较于锂离子电池，钠离子电池具有价格低廉、原料丰富、循环稳定性及倍率性能较好等优点，因此，随着低成本储能技术的需求日益增长，越来越多的研究者加入到钠离子电池基础研究和工程化探索的工作中。在钠离子电池体系中，负极材料在很大程度上影响着电池的能量密度、循环性能及安全性等。另外，在种类繁多的负极材料中，锐钛矿型二氧化钛(TiO₂)因自放电低、安全性高、循环寿命长、环境友好以及钠离子脱嵌电位相对较高等优点，逐渐成为钠离子电池负极材料的研究热点。然而，TiO₂属于半导体，离子扩散速率小和电子电导率低，严重制约着其倍率性能和循环性能，限制了其发展空间。因此，需对锐钛矿型TiO₂进行改性以提升其电导率。本文系统综述了微观结构调控、缺陷(氧空位和杂原子掺杂)以及与导电基体复合等改性方法对锐钛矿型TiO₂基负极材料导电性和储钠性能的影响，并对锐钛矿型TiO₂作为钠离子电池负极材料在未来的研究与应用进行了展望。     

钠离子电池碳基负极材料的研究进展

由于能源资源短缺和环境问题,开发新型储能材料迫在眉睫。锂离子电池应用广泛,但其在地壳中的含量较低,限制了它的发展。钠与锂具有相似的化学性质,可以替代锂成为新一代储能材料。碳基储钠负极材料分为天然石墨、石墨烯、软碳材料和硬碳材料。重点介绍了这些碳材料的定义、存在的问题和解决方案,对碳材料的改性及其在钠离子电池中的应用有一定的指导意义。     

钠离子电池合金类负极材料的研究进展

钠离子电池由于具有钠资源丰富、价格低廉等特点,逐渐成为大规模储能领域的研究热点。而负极材料作为钠离子电池的重要组成部分,对电池性能有着直接的影响。在目前所研究的负极材料中,合金类负极材料由于具有较高的理论比容量而受到了人们的广泛关注。但是在反应过程中,合金类材料面临着严重的体积膨胀问题,循环稳定性差,这制约了其发展。研究者通过包覆、纳米化、与其他金属复合等方法大大改善了合金类材料的循环性能。简介了合金类储钠负极材料Sn、Sb、P、Ge、Bi、Pb和Si的反应机理及研究进展,探讨了合金类负极材料所面临的问题和解决办法,并对合金类负极材料的发展方向进行了展望。     

水溶液钠离子电池及其关键材料的研究进展

钠离子电池具有资源与成本等方面明显的优势, 正成为新一代储能技术的发展热点。对于大规模、固定式储能场合, 水溶液钠离子电池更为安全可靠、价格低廉、环境友好, 理论上具有广泛的应用前景。然而, 水溶液钠离子电池在材料选择和应用方面所面临的问题也非常复杂。针对这些问题, 本文简要分析了水系储钠材料与电极反应的特殊性, 介绍了水系钠离子电池的研究进展, 同时结合本课题组的研究工作讨论了相关的技术发展方向。     

钛酸锂用于钠离子电池负极的研究进展

相比于锂离子电池,钠离子电池具有资源丰富、分布广泛和成本低廉等优点,在大规模储能领域有广阔的应用前景,近几年获得了学术界广泛的关注。在钠离子电池体系中,负极材料对整个电池的能量密度和循环性能有着重要的影响。而在众多的负极材料中,尖晶石型钛酸锂凭借其优异的循环性能以及相对较高的钠离子脱嵌电位,被认为是一种极具应用潜力的钠离子电池负极材料。然而,由于钛酸锂中钛的最外层轨道缺少电子,导致钛酸锂的导电性不佳。同时,由于钠离子半径较大,在脱嵌过程中离子扩散阻力大,易引起钛酸锂晶格畸变,严重制约着钛酸锂的倍率性能和循环性能。针对上述问题,近年来研究者们基于深入的储钠机制研究,通过结构设计和界面优化,显著提升了钛酸锂在钠离子电池中的电化学性能。目前,文献报道的改善钛酸锂储钠性能的策略主要有:引入电导率较高的包覆层和离子掺杂来提高材料电子导电率,缓解嵌钠过程中的晶格畸变;通过结构调控设计纳米尺寸的钛酸锂材料以缩短离子扩散距离和增大其与电解液的接触面积。本文综述了近年来钛酸锂负极材料在钠离子电池中的研究现状,着重对钛酸锂的结构与性能、合成方法和改性研究等方面进行了深入的阐述,并对下一阶段钛酸锂作为钠离子电池负极的研究与应用进行了展望。     

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。     

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。     

钠离子电池金属硫化物负极材料的研究进展

由于全球有限的锂资源无法满足巨大的能源市场需求,而钠元素与锂元素处于同一主族,其性质相似,且钠具有资源丰富以及成本低等优势,使得钠离子电池有望成为极具发展前景的储能装置.但是,钠离子电池存在以下劣势:(1)钠元素的相对分子质量大于锂元素,致使其理论能量密度低于锂离子电池;(2)钠离子半径大于锂,充放电过程中钠离子脱嵌困难.因此,电极材料的合理设计与高效合成是提升钠离子电池性能和降低成本的关键.目前,钠离子电池的研究进展较快并取得了一定的成果,研究热点主要集中在钠离子嵌入机理、电池能量密度提升、循环性能改善等方面.金属硫化物种类丰富,具有相对较高的理论比容量和能量密度,适合用作储能钠离子电池负极材料.但金属硫化物自身存在导电性差、体积膨胀剧烈、首次库伦效率低、钠离子扩散缓慢等缺点,同时电池的性能又取决于电极材料的形貌、结构和颗粒尺寸等.因此,需对材料进行一系列结构调控以及相应机理研究来提高其电化学性能.本文主要从纳米形貌调控和材料复合两个方面对金属硫化物最新的研究进展进行综合概述,并对钠离子电池金属硫化物负极材料的未来发展方向进行了评述及展望.     

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.     

原位拉曼光谱在碱金属离子电池炭负极材料研究中的应用（英文）

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拉曼谱图在碱金属离子电池炭负极材料研究中的应用,着重整理归纳了原位拉曼谱图在分析Li~+/Na~+/K~+在石墨、硬碳等炭材料储能机理中的应用,分析了尺寸效应、应力、掺杂、溶剂化共插层等对碱金属离子电池炭负极材料储能的影响。原位拉曼与原子力显微镜(AFM),X射线衍射(XRD)等高分辨率的原位表征联用以达到分析储能机理的目的,将会在储能领域中表现出广阔的应用前景。     

硼酸铵改性碳纳米纤维负极材料制备及储钠性能研究

通过合理的合成路线与微观结构设计，开发具有高比容量和柔性的钠离子电池负极材料，是当前的难点。采用静电纺丝制备自支撑碳纳米纤维膜，利用不同浓度的硼酸铵溶液对纤维膜进行改性，研究了浸渍溶液浓度和热处理温度对碳纳米纤维膜相组成、微观形貌及储钠性能的影响。结果表明：低浓度硼酸铵溶液改性并未改变纤维膜三维相互交错的空间结构，但纤维膜表面粗糙程度增加，使改性后的碳纳米纤维缺陷和活性点位增多并减小了碳层间距。采用0.02mol/L硼酸铵溶液浸渍改性和600℃热处理后得到的碳纳米纤维膜作为钠离子电池自支撑负极时，可获得最优的储钠性能。在100mA/g电流密度下，该电池初始充比容量为354.7mAh/g,循环100周后电池的可逆充放电比容量为316.8mAh/g,表现出优异的储钠性能。     

离子电池中磷基负极材料的研究进展

磷因理论储锂储钠比容量高、倍率性能好,被认为是一种极具发展潜力的离子电池负极材料。近几年磷基材料在锂离子、钠离子电池负极上的应用研究取得了实质性的进展。综述了磷基材料作为离子电池负极材料的研究进展,包括磷单质、磷/碳复合物及金属磷化物;分析了磷基材料作为离子电池负极材料的特点及存在的问题,并提出对其进行无定形包覆和非晶化处理是解决问题的最佳手段;简述了电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯对磷基负极材料电化学性能的影响;展望了磷基负极材料在能源方面的发展前景。     

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。     

钠离子电池负极材料密度泛函理论研究进展

近年来有关钠离子电池的理论计算和实验研究不断增多,其中第一性原理计算的应用及结果引起国内外学者的研究兴趣。综述了密度泛函理论在钠离子电池负极材料中应用的研究进展,主要包括结构模型、电极电势或电池电压、可逆容量、晶格膨胀及其弹性、钠的存在状态、钠离子的扩散行为和电子导电性。随着研究的逐步深入,通过密度泛函理论计算能够给出电极材料可逆储钠性能的系统解释,并在新材料结构和成分设计方面发挥更重要的作用。     

金属磷化物钠离子电池负极材料研究进展

钠离子电池(SIBs)因其成本低、安全性高等优势引起了愈加广泛的关注与研究。在已报道的SIBs负极材料中，磷由于理论容量极高被认为是最具应用前景的负极材料之一。然而磷的电导率低，且在充放电过程中会发生体积膨胀，极大地影响了其倍率性能和循环稳定性。将磷与锗、锡、铜等金属结合形成金属磷化物可有效提高其导电性，并显著改善磷基负极材料的倍率性能和循环性能。本文主要综述了金属磷化物及其与碳纳米管、石墨烯等复合材料作为SIBs负极的最新研究进展，总结了目前金属磷化物SIBs负极材料存在的问题，比如实际容量偏低、储钠机制研究不够深入等；提出了相应的解决方法和手段，例如复合材料设计和构筑、表面修饰、尺寸形貌调控和先进原位表征手段等；并对金属磷化物SIBs负极材料的发展前景进行了展望。     

Ti掺杂隧道型钠离子电池正极材料的制备及电化学性能

锂离子电池由于高能量密度和长循环寿命，被广泛应用在3C电子产品和电动汽车领域，但由于锂资源储量低、分布不均和较高的价格，使得锂离子电池在规模储能领域的应用受到限制。同时，钠离子电池凭借其较低的成本已逐渐发展为锂离子电池的替代品。但Na⁺较大的离子半径使得钠离子电池在实际中的应用受到限制，因此开发高性能储钠电极材料，成为钠离子电池的研究重点。采用溶胶凝胶法制备Ti掺杂隧道型Na_0.55-Mn_xTi_1-xO₂作为钠离子电池正极材料，并对其电化学性能和充放电过程相结构演变进行探究。实验表明掺杂适量Ti元素有利于减轻Na⁺嵌入/脱出过程中晶格参数和相结构的变化，其中Na_0.55Mn_0.9Ti_0.1O₂材料表现出最佳的循环稳定性和倍率性能，同时该材料在低温为10℃时的首圈放电比容量为89.5 mAh·g^-1,在循环300圈后，容量保持率为91.4%,表明隧道...     

磺酸基修饰石墨烯复合材料的储钠性能研究EI北大核心CSCD

对石墨烯进行功能化处理,可得到具有合适层间距和较高离子扩散速率的理想石墨烯基电极材料,其作为钠离子电池负极材料有着重要的应用潜力。通过在石墨烯结构中进行原位插层反应,成功制备出聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)插层的石墨烯复合材料(PSS-rGO)。这种插层结构是基于石墨烯的π电子可以与PSS结构中的π电子相互作用,使得石墨烯层间距增大并抑制其堆积。同时,PSS中的磺酸钠基团可有效提高钠离子扩散速率,增强电极对钠离子的吸附能力,从而提升钠离子电池的循环性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、电化学工作站和多通道电池综合测试仪对样品进行测试分析。结果表明,PSS-rGO电极在5 A·g^(-1)的电流密度下循环6000圈后容量可保持在256 mAh·g^(-1),单圈衰减率为0.003%,表现出优异的循环性能。本研究为开发高比容、快速储钠以及长寿命的钠离子电池负极材料提供了可行思路。