碳系填料对聚氨酯弹性体导电性能的影响

为改善柔性传感器基体材料的力传感性能,利用物理共混的方式将碳系填料(乙炔炭黑、超导炭黑、碳纳米管、纳米石墨)填充到聚醚型聚氨酯预聚体中,经过扩链、硫化形成导电聚氨酯弹性体。分析了碳系填料在基体中的分布情况,测试了导电聚氨酯弹性体的渗滤阈值、压阻特性及压阻范围,讨论了导电聚氨酯弹性体的迟滞性与弛豫性。研究表明,乙炔炭黑在基体中分散性最好;超导炭黑填充型导电聚氨酯弹性体的导电性能与电阻弛豫性最好;纳米石墨填充型导电聚氨酯弹性体的压阻范围最小;乙炔炭黑填充型导电聚氨酯弹性体电阻迟滞性最优。     

境外媒体:中国将左右石墨这一全球重要资源

<正>报道境外媒体称,预计2019年至2024年,人造石墨市场的增长率将达到4.17%。亚太地区在全球市场占据主导地位,中国、日本和印度等国家的消费量最大。据美国环球通讯社(GLOBENEWSWIRE)5月24日报道,合成石墨是锂离子电池的阳极元件。虽然锂是锂离子电池中最有名的成分,但电池中的石墨远远多于锂。电池阳极要求包覆球面石墨超过99.9%的纯度。     

铝-空气电池阳极材料及其电解液的研究进展

金属-空气电池自进入人们的视野以来,由于其高能量密度和容量、平稳的放电特性、对负载和温度的依赖性低和较低的制造成本等特点,受到越来越多的关注。其中,锂-空气电池因具有极大的应用潜力而引起了学者们极大的研究兴趣;然而,锂-空气电池对周围环境十分敏感,容易造成爆炸,存在安全隐患;此外,锂离子电池的大规模生产和应用造成了原材料锂价格的大幅上涨。为了实现电池的商业化应用,选用来源广泛、经济实惠的电极材料成为必不可少的条件。铝是地壳中含量最多的金属元素,具有矿藏丰富、质量轻、无污染、安全、价格低廉和回收利用率高等优点,是一种潜在的储能材料。铝的理论质量比容量为2 980 mAh·g~(-1),仅次于锂(3 860 mAh·g~(-1)),其体积比容量(8.04 Ah·cm-3)约是锂的四倍(2.05 Ah·cm-3),被认为是金属-空气电池最有吸引力的候选阳极材料,也是化石燃料最有吸引力的替代者之一。然而,铝在空气和水溶液中表面上自发形成的钝化膜会显著降低铝阳极材料的活性;在碱性溶液中,铝-空气电池存在的主要问题是铝阳极材料自腐蚀导致氢析出速率较高,库伦效率降低和含水电解液的流动性可能导致的多孔空气阴极中毛细管的渗透及泄漏。因此,近年来,学者们不断开展深入研究,探索出以下几种改善铝阳极的方法:通过向铝中添加合金元素Ga、In、Sn、Zn、Mg、Bi、Mn等来改变铝阳极材料的活性和减少析氢反应;对电解液添加剂进行研究,发现部分植物提取液作为电解液添加剂可以保持铝阳极活性,降低析氢腐蚀;开发离子液体、固态和凝胶电解液,一方面可以减小铝阳极自腐蚀,提高阳极利用率,另一方面可减小铝-空气电池体积,增加电池的灵活性。目前研究获得性能较好的碱性铝-空气电池的阳极材料有Al-Ga/In-Mg系列、Al-Ga/In-Mg-Sn系列、Al-Ga-In-Bi-Pb系列等合金,其中部分铝阳极合金已经实现了实际应用。近几年研究工作获得了羽扇豆提取物、茄属植物叶的提取物等绿色电解液添加剂,其可以保持铝阳极的电化学活性,降低腐蚀率。此外,研究发现,室温下低聚氟化氢离子液体作为电解液可以活化铝阳极,降低其腐蚀速率,一些便携式铝-空气电池采用固态或凝胶电解液已经在护理医疗设备、商用LED手表方面应用。本文主要从铝阳极材料、电解质和电解质添加剂三方面论述了其对铝-空气电池性能的影响,并简单阐述了铝-空气电池放电的基本原理、面临的挑战和最新研究进展及应用。首先,综述了铝与合金元素的合金化,以此减少铝的自腐蚀,提高电池性能;并介绍了通过一定的加工工艺来改善铝阳极电化学性能的方法。其次,探讨了水溶剂电解质和非水溶剂电解质在铝-空气电池中的应用。同时,也研究了电解质添加剂对铝-空气电池的电化学性能的影响。最后,进一步明确了空气电池未来的研究和发展方向。     

基体碳材料对锂硫电池性能影响的研究

采用乙炔黑、土状石墨、Cabot Vulcan XC-72炭黑、Cabot Bp2000超级导电炭黑作为硫载体制备了一系列含硫复合材料。通过X射线粉末晶体衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)等分析测试手段对材料的物理性能进行表征,利用电池测试系统对材料的电化学性能进行了测试。结果表明基体材料表面结构、孔径分布及比表面积等因素都对复合材料的电化学性能造成影响,综合性能最好的基体材料为BP2000超级导电炭黑,其初始放电比容量高达1385.1mAh/g,在室温下经过30次循环之后电池放电比容量仍保持在1080.2mAh/g,容量保持率高达78%。     

轻合金-空气电池的研究进展

金属-空气电池作为一种新的能源形式,因理论能量密度高、价格低廉、安全性好、使用温度范围广等优势,具有广阔的应用前景。目前研究较多的金属-空气电池包括锌-空气电池、铝-空气电池、锂-空气电池、镁-空气电池四类。轻合金-空气电池以能量密度高的轻合金材料作为电池负极,以空气电极作为正极,以碱性或中性盐溶液为电解液,主要包括铝-空气电池和镁-空气电池两种。铝、镁金属电化学容量高、成本低廉、储量丰富,是金属-空气电池中优秀的阳极候选材料,作为储能材料也成为化石燃料的有力替代者。然而,研究初期直接应用纯铝、纯镁的金属-空气电池性能表现不佳,存在诸多问题。随着铝合金及镁合金的发展,轻合金在金属-空气电池中的应用大大改善了金属负极的自腐蚀问题,提高了电极的放电活性,使电池整体性能表现更加优良。在铝-空气电池中,掺杂Sn、In、Ga、Mg等元素的铝合金电极腐蚀速率降低,阳极利用率提高,电极表面的钝化膜被破坏而实现活化效果;在镁空气电池中,Al、Zn、Mn、Li等合金元素提高了镁合金电极的耐腐蚀性能,电池的放电容量也有所提高。一些稀土元素的添加可以细化轻合金的晶粒,起到变质作用,轻合金电极的腐蚀及钝化问题均得到改善。本文介绍了金属-空气电池的基本原理,对两类轻合金-空气电池的性能表现进行了阐述,对金属-空气电池中目前存在的主要问题进行了分析归纳并简要介绍了其解决方案。主要聚焦在电池负极的合金化方式及各类轻合金在电池中的性能表现,并对轻合金-空气电池中的腐蚀原因及控制措施进行了总结展望。     

液相进样直接甲醇燃料电池性能研究

采用商品PtRu黑和Pt黑催化剂制备成甲醇阳极和氧阴极,Nafion(R)-117为固体电解质膜,组装成活性面积为6.4516cm2的单电池,研究了单电池的极化与功率特性以及单电池在放电运转过程中各种操作条件,如甲醇进样浓度、阴极氧化剂种类和压力、操作温度、燃料和氧化剂的进样方向等对单电池性能的影响,并考察了单电池的放电性能.结果表明:单电池极化曲线由3个特征区构成,最大功率密度约为15mW/cm2;甲醇浓度对单电池性能的影响与单电池运行温度有关;较之纯氧,以空气作为氧化剂时单电池的性能有所降低,随着空气压力的增加单电池的性能有所提高;随着操作温度的升高单电池性能明显改善;阳极甲醇由下往上进样,同时阴极空气由上往下进样时单电池性能最好;单电池在放电过程中具有性能自恢复特征.     

镁合金海水电池阳极材料电化学性能研究进展

镁及镁合金以其低密度、高电化学活性、高比容量等优点成为优异的海水电池阳极材料,自20世纪40年代以来备受关注.镁合金作海水电池阳极材料常用于Mg/C海水溶解氧电池及Mg/AgCl、Mg/PbCl或Mg/CuCl海水激活电池.目前常见的镁合金海水电池阳极材料体系为Mg-Al-Zn、Mg-Hg-Ga及Mg-Al-Pb系,此类材料能够满足大部分海下工作设备尤其是小功率用电设备的用电需求.然而,对海下大功率用电设备(如鱼雷等)而言,镁海水电池仍存在一些亟待解决的问题,如由于负差数效应、放电产物膜钝化、电压滞后及粒子脱附等问题导致电池阳极利用率低、放电活性下降.目前提高镁合金阳极材料放电性能的思路主要为合金化、改变加工工艺及微观组织特征三个方面.常见海水电池用镁合金阳极材料合金化元素Al、Zn、Hg、Ga、Pb、In、Sn等通过改变合金微观组织特征调控合金的电化学性能,取得了显著的成果;加工工艺(如均匀化热处理、挤压、轧制后退火等)通过均匀合金微观组织、细化晶粒尺寸、破碎粗大第二相粒子、减少塑性变形导致的晶内缺陷以减少析氢副反应、提高阳极利用率;微观组织如杂质及成分均匀性、第二相粒子、晶粒尺寸、织构及放电产物膜等对镁合金阳极放电性能的影响视其特征而定.本文归纳了近年来镁及镁合金作海水电池阳极材料时电化学性能提升方面的研究进展,分别从合金化、加工工艺及微观组织特征三个方面综述了镁合金电化学性能的影响因素及其作用机理,分析了镁合金海水电池阳极材料电化学性能存在的问题及其应用前景,以期为提高镁合金阳极材料放电性能及发展镁合金海水电池提供参考.     

垃圾回收新法 废轮胎可制高性能锂电池

正美国能源部Oak Ridge National发现了一种废旧轮胎回收利用的新方法。Parans Paranthaman和Amit Naskar的研究团队发现,经过预处理的废旧轮胎在进行高温分解以后,就可从中提取出热解后的炭黑材料。炭黑与石墨较为类似,它们都能够充当电池的正极,但是炭黑的效果更好。在电池测试中发现,使用炭黑制造的锂电池比     

炭黑生成过程的研究

研究了炭黑在工业丙烷/空气体系中通过不完全燃烧方法生成的过程.通过改变氧化气体种类和进气条件,计算了炉气成分及含量,并对燃料的气化和热解过程以及中间产物对炭黑物理化学性能的影响进行了分析,得到炭黑产量最高的工况和乙炔浓度沿反应器垂直方向的分布函数,并对燃烧中颗粒的生长过程进行了计算与分析.     

铝空气电池阳极材料的研究进展

铝空气电池是一种金属燃料电池,发展至今已有数十年历史。与其他电池技术相比,铝空气电池在电极成本、能量密度、环保性、易充电性(阳极可更换的机械式充电)等方面具有独特的优势,是一种潜在的具有大规模商业开发和应用价值的电池技术。可以预见铝空气电池技术的进步,将给传统电池技术和铝工业的发展带来巨大的机遇和变革。回顾了铝空气电池的发展历史,介绍了铝空气电池的结构和工作原理。主要聚焦电池的阳极材料,归纳了铝阳极的活化机理,论述了铝阳极材料当前存在的主要问题,综述了铝的纯度、微合金化、热处理及加工变形等因素对其电化学性能的影响,对铝空气电池阳极材料未来的研究重点及方向进行了展望。     

一次镁空气电池阳极材料研究进展

金属空气电池是一种安全高效无污染的新型电池,其广泛的应用前景得到了全球研究者的关注。镁空气电池是金属空气电池的代表之一,也是继锂电池之后电池发展的新方向,然而现有的镁空气电池利用率远未达到期望,而且电压不够稳定,所以提升其利用率及稳定性对于充分发挥镁空气电池的潜力至关重要。本研究从一次镁空气电池的结构出发,全面介绍了镁空气电池系统的相关概念,从阳极开发的角度全面介绍了镁空气电池最新的相关研究进展。同时基于近年来发表的结果,讨论了阳极开发所需要关注的因素,总结了一次镁空气电池阳极材料的设计方法,展望了未来镁空气电池的研究方向。      

全钒液流电池用石墨-乙炔黑复合电极的研究

用循环伏安法研究了石墨及其与乙炔黑复合所制备的电极在5mol/L H₂SO₄+1mol/L VOSO4溶液中的循环伏安行为, 并用扫描电镜观察了复合材料的表面形貌. 循环伏安结果表明, 石墨对全钒液流电池的正极电对V(IV)/V(V)和负极电对V(II)/V(III)的氧化还原反应具有良好的可逆性, 但氧化还原电流较小; 乙炔黑能够明显提高二电对在石墨上的氧化还原电流. 扫描电镜观察表明, 细小的颗粒状乙炔黑能够均匀地覆盖在片状石墨的表面. 通过比较复合电极的循环伏安行为, 得到用作全钒液流电池的正负极材料的最佳乙炔黑与石墨质量比分别为15:85和4:96.     

锂离子电池炭阳极材料的研究进展

解释了锂离子二次电池的工作原理。锂离子电池阳极活性材料为炭—石墨，阳极容量是制约锂离子二次电池关键因素。阐述了影响阳极容量的各个因素，详细介绍了已经在使用的阳极材料的性能和特点。各种热解硬炭材料正在成为新的研究热点，故介绍了各种高容量的热解硬炭材料的性能和结构，尤其是聚对苯撑的热解炭，以及他们的插锂机制。     

低电位泡沫石墨改性阳极及其在海底微生物燃料电池中的应用

泡沫石墨是一种新型阳极材料, 对其进行改性是提高海底微生物燃料电池性能的重要途径之一。本文研究了混酸改性泡沫石墨阳极及其电化学性能。研究表明:改性后泡沫石墨表面生成羟基、羧基等含氧官能团; 改性阳极接触角降低了24.5°, 润湿性提高, 有利于微生物附着; 交换电流密度达到6760.8 mA/m², 动力学活性提高了53.7倍。研究还发现改性后阳极电位降低了100 mV, 电池开路电位达到865 mV (未改性750 mV), 最大输出功率密度为358.1 mW/m², 提高了2.4倍。三个月放电测试显示, 改性阳极和电池具有相对稳定的性能。同时, 本文初步分析了改性后阳极动力学活性增加和电位降低的原因。该研究结果为构建高输出电压和功率的海底微生物燃料电池提供了依据。     

Fenton试剂改性海底生物燃料电池阳极及电化学性能

阳极材料直接影响海底生物燃料电池的性能。本文采用一种新型改性试剂—Fenton试剂对石墨阳极进行改性处理。结果表明,改性后电极表面主要引入了羟基和羰基,接触角从82°减小到48°,亲水性明显提高。塔菲尔曲线显示,改性前后交换电流密度分别为0.05 A/m2、0.17 A/m2,电极的动力学活性显著增加,提高了两倍之多。改性和未改性电池的最大输出功率密度分别为33.21 mW/m2、20.27 mW/m2,提高了64%。这是由于阳极表面处理后引入的羟基和羰基充当了电子转移介体,明显提高了电极反应动力学活性,增加了阳极表面细菌吸附数量,加速了阳极反应,提高了电池性能。该类高性能阳极材料可望用于海底生物燃料电池的开发。     

水溶性石墨烯对双电解液镁空气电池放电性能的影响

为了提高双电解液体系镁空气电池的放电性能，选择在0.6mol/L NaCl电解液中加入水溶性石墨烯。采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),在GO的基础上制备出还原氧化石墨烯(RGO)和水溶性石墨烯(PG)。采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪以及扫描电子显微镜对所制石墨烯进行了结构以及形貌的表征。研究了镁阳极在加入不同浓度PG的NaCl溶液中的电化学性能和组装成电池之后的放电性能。结果表明：在0.6mol/L NaCl电液液中加入PG后的镁空气电池放电性能得到很好的提升，其中Mg(ClO₄)₂-AN/NaCl+0.5g/L PG双电解液体系镁空气电池1mA/cm²放电时放电性能最好，阳极利用率为89%,能量密度为2840Wh/kg,且放电电压可达到1.42V。电化学测试表明镁阳极在加入PG的NaCl电解液中有着较高的电化学活性。     

微波等离子体法合成洋葱状富勒烯的研究

在微波等离子体条件下, 以乙炔炭黑/二茂铁为原料, 低温合成纳米洋葱状富勒烯(Nano-structured Onion-like Fullerenes: NSOFs). 采用HRTEM、Raman和XRD等分析方法对产物的形貌、尺寸、微观结构及其物相结构进行了表征. 结果表明, 以乙炔炭黑/二茂铁为原料可大量合成NSOFs, 其外观呈准球状或多面体状、实心、直径分布均匀, 最外碳层由闭合的、呈波浪状的石墨片构成.     

L-半胱氨酸/ZnO缓蚀剂对5A06铝合金在碱性溶液中耐腐蚀性能的影响

为了降低铝阳极材料的自腐蚀速率及成本,选用防锈铝合金5A06作为铝空气电池阳极材料,研究L-半胱氨酸/ZnO复合缓蚀剂对5A06铝合金在4.00 mol/L NaOH溶液中电化学性能的影响。结果表明:L-半胱氨酸/ZnO复合缓蚀剂明显降低了5A06铝合金的自腐蚀速率,且该合金作为阳极的铝空气电池在NaOH/L-半胱氨酸/ZnO溶液中具有较高的电位及阳极利用率;L-半胱氨酸属于阴极型缓蚀剂,而ZnO属于成相型缓蚀剂。     

海底微生物燃料电池阳极锰盐改性及产电性能研究

阳极是限制海底微生物燃料电池输出功率的关键因素,通过改性阳极,可望提高微生物燃料电池性能.本文利用MnSO4氧化还原介体修饰石墨阳极,研究了MnSO4含量对阳极和电池产电性能的影响.结果表明,锰离子可有效加速电子转移,当阳极MnSO4的含量为4%时,阳极性能最好,电池内阻最小,最大输出功率密度为51.64mW/m2,是...     

新型电解质及添加剂对镁空气电池界面调控研究进展

镁空气电池因其高能量密度和环境友好性而备受关注,但镁阳极/电解质界面存在不可逆的电解-沉积、阳极自腐蚀和氢气析出等问题,严重影响电池的稳定性、安全性、寿命和功率密度。电解质调控是改善阳极/电解质界面的性质进而提高镁空气电池的综合性能的重要手段,综述了最近用于镁空气电池的电解质添加剂及新型电解质的研究和开发进展。电解质添加剂涉及无机、有机和复合型三大类,它们可以抑制阳极腐蚀、增强离子电导率、提高阳极效率等;新型电解质主要包括新型水系电解质和凝胶电解质,前者可以削弱析氢等有害副反应,后者可以规避漏液且具有高离子导电率和较低漏电流等优点。未来开发更多新型电解质添加剂及新型电解质是提升镁空气电池性能和稳定性的有效途径。