锂空气电池多孔电极结构中多相传输机理及连续模型研究现状

近年来,针对锂离子空气电池,国内外学者进行了大量实验和建模等当面的研究,其中多相传输是研究中的重点和难点。为更好的研究锂空气电池的反应机理,对电池反应过程中的多相传输过程进行了深入的研究。多相传输现象涉及氧溶解和氧析出两个方面:(1)锂离子在液体电解质以及电子在固体电极材料和多孔结构中的耦合反应;(2)其它诸多反应,特别是电池放电过程中放电产物在多孔阴极表面的生长。探讨的重点涉及固体产物的形貌、空隙堵塞效应、比表面积的减少和钝化效应,同时对宏观连续模型进行介绍,目的是对这些方法的有效性和局限性作进行综合的概述。为更好的理解多相传输现象机理以及锂空气中阴极产物的结构貌,给出了详细的解释和建议。     

气体多孔电极反应微观机理及宏观现象的研究

提出多孔电极研究的新思路、新方法，探索电极反应的微观机理及宏观现象，试图为制造高效多孔电极提供理论参考。通过锌空气电池实验对比了立式多孔碳电极相对于传统多孔碳电极在放电中的优点。通过实验观察了三相界面的形成形态随时间变化的3个宏观过程，根据3个宏观过程对应的电化学过程定义了电极反应中所形成的2种有代表性的三相界面。分析了电解液在多孔电极中运动的微观机理并得出理想突变界面是气体电极的最佳工作状态的结论。     

碳纳米管的微观结构调节对锂空气电池电化学行为的影响

锂空气电池的理论能量密度约是锂离子电池的10倍,因而受到研究者的广泛关注。碳质材料由于其稳定的结构和良好的导电性,目前仍作为锂空气电池的主要正极材料。通过KOH活化调节碳纳米管的表面特性和微观结构,将其作为锂空气电池正极材料,研究碳纳米管的微观结构变化对放电产物及电化学行为的影响。结果表明,当碳纳米管管壁被剥开导致大量边界原子外露,形成碳纳米管-石墨烯杂化结构,极大提高了碳纳米管正极的反应活性,放电容量和循环性能显著增加,放电产物分布均匀及颗粒减小,充电平台也显著降低。     

阿拉伯糖对铝-空气电池中铝合金电极电化学活性及腐蚀性能的影响

为了获得既高效又不降低电极电化学活性的新型铝-空气电池用电解液缓蚀剂,针对商品化的铝-空气电池用铝合金电极材料和空气电极,通过电化学分析并结合腐蚀产物的结构及形貌分析,研究了阿拉伯糖对铝合金电极和空气电极的电化学活性以及铝合金电极腐蚀行为的影响。结果表明:在碱性电解液中加入阿拉伯糖,有利于铝合金电极的活性溶解,提高铝合金电极的电化学活性,同时不影响空气电极的电化学活性;阿拉伯糖的加入可有效降低放电过程中铝合金电极的腐蚀,大幅度提高铝合金电极的利用率,其浓度应控制在(0.1~0.5)×10-3mol/L。     

碱性锌/空气电池阳极(锌电极)材料研究进展

碱性锌/空气电池具有比能量高、输出电压稳定、无污染、原材料便宜、易得等优点而受到广泛的重视.锌电极作为锌/空气电池的阳极,其性能的好坏将直接影响电池的放电性能(输出功率、循环寿命、放电深度等)和贮藏性能.锌电极存在的主要问题有:枝晶、形变、自腐蚀、钝化等.针对上述问题,从锌电极材料的物理性能,以及电极和电解质的添加剂入手,综述了国内外最新的研究进展.     

新型多孔导电陶瓷负载银阴极在锌空气电池中的应用

锌空气电池具有能量密度高、成本低及环保等优势, 其空气电极的优劣对电池的输出性能起到决定性的作用。本研究采用一种新型的多孔钙钛矿氧化物La_0.7Sr_0.3CoO_3-δ(LSC)作为陶瓷基底, 负载银纳米颗粒作为催化剂, 研究其作为锌空电池空气电极的性能。β通过调整制备过程中造孔剂(淀粉)的含量, 优选出性能最佳的Ag-LSC空气电极(阴极), 与锌阳极组装成锌空气电池, 进行电化学性能测试。β结果表明, 当LSC基底的孔隙率为~32%且银含量30 mg/cm²时, 制备的多孔陶瓷负载银阴极组装的锌空气电池功率密度最高(141 mW/cm²)。β在Ag-LSC空气电极表面涂一层聚四氟乙烯(PTFE)疏水材料后, 锌空气电池的使用寿命得到显著延长。     

金属-空气电池氧还原反应催化剂研究进展

氧还原电极催化剂是金属空气电池的关键电极材料,综述了金属-空气电池氧还原电极催化剂的研究进展,包括贵金属及其合金、过渡金属氧化物以及过渡金属有机大环化合物等催化剂.过渡金属氧化物因价格低廉、性能优良而具有广阔的应用前景.通过对各种氧还原反应催化剂性能进行比较,认为未来金属-空气电池发展的关键在于寻求更高性价比的氧还原反应催化剂.     

多孔Co3O4纳米纤维用于锂-空气电池高性能正极催化剂

采用静电纺丝技术结合高温煅烧方法,以乙酰丙酮钴(Co(C₅H₇O₂)₃)为前驱物,制备了由Co₃O₄纳米颗粒组成的多孔纳米纤维(Co₃O₄ NFs),其比表面积高达83 m2·g?1,并将制得的多孔Co₃O₄ NFs用于锂-空气电池催化剂。多孔Co₃O₄ NFs为电池反应提供了充足的活性位点及反应物的传输通道,有利于电池反应的顺利进行,使电池的放电容量得到极大地提高。另外,Co₃O₄催化剂的加入提高了电极的催化活性,较大程度降低了电池的过电位。值得注意的是,Co₃O₄催化剂的加入同时调控了锂-空气电池放电产物Li₂O₂的形貌,得到的放电产物Li₂O₂尺寸更小,在电极表面分布更为均匀,该形态的Li₂O₂在充电过程中更容易被分解,有利于提高电池的充电效率,同时电极的体积效应也可得到极大缓解。得益于以上优势,基于多孔Co₃O₄ NFs/炭黑Super P (Co₃O₄ NFs/SP)正极的锂-空气电池的电化学性能得到较大提高,50 mA·g?1电流密度下Co₃O₄ NFs/SP的放电容量高达10600 mA·h·g?1,电池可实现100次的充放电循环。      

设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极催化剂的研究进展

锂-空气电池具有极高的理论能量密度,成为下一代最有希望的电化学能量储存技术之一。锂-空气电池的性能主要取决于空气阴极表面发生的电化学反应,因此,合理设计具有高稳定性和可逆性的阴极是实现商业化可行的锂-空气电池的关键所在。然而,传统碳基电极的不稳定性导致的副反应会限制电池容量及其循环性能,因此,需要寻找能够替代碳基电极的新型电极。本文首先结合锂-空气电池的结构和阴极反应原理,提出了目前锂-空气电池面临的挑战,然后基于碳基阴极的不稳定性分析总结了设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极的方法,最后提出了阴极催化剂的合理设计和催化机理的深入理解对锂-空气电池阴极的性能改善起着决定性作用的观点。     

非水电解质锂空气电池的开发与探索

由于锂空气电池有很高的理论能量密度,受到了研究人员的广泛关注。该种电池使用纯金属锂作为负极,正极为氧气,不需要在电极中储存,直接来自空气中。然而锂氧电池在实际应用中,仍然有许多的问题需要解决。诸如正极结构的设计、电解质组分的优选、以及充放电过程中电极的放电反应的研究等。综述了锂氧电池研究过程中面临的主要限制因素,并做了相应的阐述。     

模板法合成多孔炭材料的研究现状

模板法为多孔炭材料的可控与定向合成开辟了一条新的技术途径,已成为近几年国内外材料制备领域的研究热点。介绍了模板法合成多孔炭的原理及其特征,综合分析了模板类型、炭前驱体的种类、合成工艺的特点,重点综述了微孔炭、介孔炭、大孔炭的模板合成,并展望了多孔炭材料的发展方向。     

碳纤维在高温下的结构、性能演变研究

针对碳纤维在碳/碳烧蚀防热复合材料中应用的基础问题,论述了不同碳纤维结构、成分、表面特征,及其力学性能和热物理性能的高温演变规律,揭示了碳纤维灰分含量对碳纤维力学性能和热氧化性能的影响。确定了在碳/碳复合材料复合成型过程中,碳纤维结构受基体碳影响的变化规律和碳纤维表面特征对碳/碳材料宏观力学性能的影响。阐明了碳/碳复合材料中碳纤维的力学性能对纤维发生折断烧蚀的阻碍作用和通过控制碳/碳成型最高温度实现提高性能的途径。     

土地利用变化对生态系统碳汇功能影响的综合评价

在分析了六盘山林区典型生态系统碳循环规律的基础上，结合碳汇傈的概念，综合评价了土地利用变化对生态系统碳汇功能的影响。分析得出陆地生态系统碳汇／源功能体现在碳库的贮量、稳定性和碳库的输入与输出强度方面；天然次生林和人工林生态系统的碳贮量汇功能较强，农田和草地较弱；土壤有机碳过程源／汇方面，天然次生林生态系统是强汇，人工林生态系统是弱汇，草地和农田生态系统是源。提出增加生态系统碳汇功能的措施包括增加生态系统碳输入、减少输出和增强碳库的稳定性。     

炭材料在水污染修复领域的应用研究

针对炭材料在水污染修复领域发挥的重要作用,对以活性炭(粉状、粒状及纤维状)和膨胀石墨为主的炭材料吸附技术、微生物与炭材料复合构成的生物炭材料吸附降解技术以及二者与其它技术(如臭氧氧化、膜过滤及光催化等)耦合用于水处理的应用研究现状进行了概述,指出新型炭材料(如活性炭纤维和膨胀石墨)吸附技术、生物炭材料吸附降解技术及相关耦合技术极具应用前景,并对今后的研究提出了建议.     

基于碳足迹分布的机电产品创新设计方法简

 随着以低碳经济为核心的产业革命逐渐出现,产品的低碳设计与制造已成为企业提升竞争力的重要因素之一．从机电产品碳足迹分布出发,提出了一种基于碳足迹分布的机电产品低碳创新设计方法．通过建立机电产品结构属性分层模型,以材料利用率、回收率和拆卸等级作为机电产品的碳排放属性,采用层次分析法探索碳排放分布的规律．根据得到的碳排放分布情况确定产品低碳设计要素,根据创造性模板法对低碳设计要素进行改进,实现对机电产品的低碳创新设计．最后以磨咖啡机为例证明了方法的实用性和可行性．     

碳纳米管对纳米炭复合纤维结构与性能的影响研究

采用不同方法将多壁碳纳米管(MWNTs)混合于中间相沥青中,利用氮压式单孔纺丝机进行纺丝,经预氧化、碳化后制得了纳米炭复合纤维,对比研究了混合方式对纳米炭复合纤维的结构和性能的影响.研究结果表明,MWNTs的加入最终改变了纤维的微观结构,尤其经浓酸处理后显著提高了纳米炭复合纤维的力学性能.     

不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中的温度场研究

利用有限元热分析软件仿真了三种不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中瞬态温度场,并通过模拟制动试验进行了验证,对比仿真计算结果与实验测试结果表明:三种样品的温度场仿真结果与实验结果基本吻合,在轴向方向存在明显的温度梯度,具有树脂炭基体的样品的温度场变化与具有粗糙层热解炭基体的样品类似,但树脂炭基体的样品的最高温度及温度梯度大于粗糙层热解炭基体的样品,而光滑层热解炭基体的样品在刹车过程中的最高温度均低于粗糙层热解炭和树脂炭基体的样品,达到最高温度的速度远远落后于前两种样品,且其温度梯度最小.炭/炭复合材料在制动过程中的瞬态温度场分布与材料的摩擦磨损性能及热传导性能密切相关,制动功率大会导致材料的摩擦表面温升高,达到最高温度的时间缩短;材料的导热性能好会导致热量的传递速度加快,使温度梯度减小.     

水中有机物的测定

本文采用总有机碳分析仪测定水样中总有机碳的含量,从而进行水质分析。     

碳/碳复合材料表面诱导沉积生理磷灰石层

在碳／碳复合材料表面通过离子束辅助沉积技术形成一氧化钛镀层,经浓碱液处理后呈多孔网状,该氧化钦网状结构可在模拟体液中诱导沉积出生理磷灰石层,从而实现了碳／碳复合材料的仿生活化．     

成型工艺对活性炭孔结构及其CO_2吸附性能的影响

用比表面积1183m2/g的活性炭和酚醛树脂分别作为吸附剂和粘结剂,考察了成型工艺对活性炭孔结构及其CO2吸附性能的影响。结果表明,活性炭成型后,比表面积有所下降,但对成型活性炭进行CO2二次物理活化可使其比表面积提高60.7%;粘结剂含量为30wt%、成型压力10MPa条件下所制的成型活性炭在800℃用CO2二次活化2h后,其比表面积、压缩强度和对CO2的平衡吸附量分别为1323m2/g、12.7MPa和0.67mmol/g。