高性能锂硫电池正极复合材料研究现状

锂硫电池具有理论比容量高（1 675 mA·h/g）、硫资源丰富、环境友好无毒和价格低廉等优点,是下一代二次电池的研究重点。单质硫作为锂硫电池正极材料时,其导电性差、中间产物溶解及放电过程体积膨胀导致的电化学性能衰减,严重制约着锂硫电池的商品化。对单质硫进行复合是目前主要的改性方法和研究热点。综述了吸附型、包覆型和多元复合型等多种硫基正极复合材料的研究现状,分析了复合材料微观结构对其电化学性能的影响,并展望了硫基正极复合材料及锂硫电池的发展前景。     

颗粒增强铁基复合材料热残余应力的有限元分析

由于增强相颗粒和基体间热膨胀系数(CTE)存在差异,颗粒增强铁基复合材料在其制备和热处理过程中,会在颗粒和基体的边界结合处产生热残余应力。利用单颗粒增强轴对称单胞模型,针对不同形状的增强相颗粒,在ANSYS软件中了进行热-结构耦合分析,模拟了不同颗粒形状的单胞模型的热残余应力场。结果表明:立方形颗粒由于尖角的存在,使其模型中产生极端应力集中现象应力,椭球颗粒能缓解应力集中现象,球形颗粒模型的应力分布均匀。     

二维金属有机框架材料的制备及其应用

二维金属有机框架（MOFs）作为一类新型的二维多孔材料,具有厚度小、比表面积大、孔隙率高、可接触活性位点丰富等优点,在众多领域都具有研究和潜在的应用价值。本文简要综述了近年来二维MOFs的制备方法,包括“自上而下”和“自下而上”两种策略。自上而下法操作简单,有广泛的适用性;自下而上法可以通过控制实验条件在一定程度上实现对材料的可控制备。阐述了二维MOFs在电化学储能、催化、传感、气体分离等领域的应用研究。深层剖析了二维MOFs的特性对储能器件电化学性能以及反应催化活性的影响。此外,二维MOFs的高电导率和电荷转移率还促进了其在电化学传感器方面的发展;基于二维MOFs的分子筛膜也越来越受到研究人员的关注。最后指出了二维MOFs存在易团聚、厚度难以精确控制、制取成本较高、产率偏低等问题,提出了解决方案及其未来的发展方向。     

多孔球形LiFePO_4/C复合材料的形成机制

采用喷雾干燥法在合适的浓度下合成了多孔球形的LiFePO_4/C颗粒,并着重对多孔性的形成机制进行了分析。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、恒电流充放电测试和电化学阻抗对样品进行了结构表征、形貌观察和电化学性能测试等。结果表明:各组样品均由细小的初级颗粒堆积而成,但随着热处理时间的延长,初级颗粒逐渐长大,样品的孔隙逐渐减少。当热处理时间为2 h时,样品颗粒出现了大量的孔隙。通过电化学测试该样品具有较大的锂离子扩散系数,并且具有较高的首次放电容量以及良好的稳定性。     

木质结构自支撑碳材料在新型电化学储能器件中的研究进展

本文梳理了木质结构自支撑碳材料的制备和孔道结构改性方法,并分别介绍了其在超级电容器、锂氧电池、锂硫电池等各种不同电化学储能器件中的应用,同时还介绍了不同电化学储能器件对木质结构自支撑碳电极结构、性能等的要求,并对其在不同储能材料中的改性研究方向进行     

微波法制备还原氧化石墨烯及其在锂硫电池中的应用

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨（GO）,对GO进行碳酸浸渍后,通过微波固相法剥离其为少层的还原氧化石墨烯（MRGO）。并采用低温原位化学沉积法制备微波还原氧化石墨烯/纳米硫（MRGO/NS）锂硫电池正极复合材料。通过FT-IR、XRD、SEM、TEM、BET对所制备的MRGO和MRGO/NS的微观结构、形貌等进行表征,采用恒流充放电测试和交流阻抗测试对复合材料的电化学性能进行研究。结果表明,通过微波固相法剥离碳酸浸渍后的GO所制备的MRGO为少层的折扇状还原氧化石墨烯,可为锂硫电池的硫和多硫化物提供足够的容纳空间,从而缓解穿梭效应,提高了电极材料的循环性能和倍率性能。     

硅/碳/碳纳米管复合负极材料的电化学性能

采用高温裂解沥青、纳米硅和超声酸化处理的碳纳米管混合物,制备了锂离子电池负极复合材料硅/碳/碳纳米管。测试表明复合材料首次放电比容量高达1077 mAh/g,经过20个循环后可逆容量仍高达703 mAh/g。碳纳米管在碳基体中形成的网状结构使复合材料在循环过程中保持较好的稳定形貌。     

原位生成(Fe,Cr)_7C_3/Fe复合材料的磨料磨损性能

将纯铬丝放入开有相应圆孔的HT250灰铸铁中,在1 220℃保温30min进行原位反应,制备出了不同体积分数(Fe,Cr)7C3的铁基复合材料,并采用XRD、SEM、硬度仪及磨损试验机等对复合材料的物相组成、显微组织、显微硬度及其磨料磨损性能进行了研究。结果表明:复合材料的物相主要由碳化物(Fe,Cr)7C3、铁素体(α-Fe)及奥氏体(γ-Fe)组成;随碳化物体积分数的增加,复合材料的平均显微硬度逐渐增大,最高值为1 453HV0.1;而在磨料磨损条件下的磨损量先降后升,碳化物体积分数为62%时复合材料的耐磨性最好,且与BTM20Cr高铬铸铁的耐磨性相当。     

锂硫电池石墨烯/纳米硫复合正极材料的制备及电化学性能

利用热解还原将Hummers法制得的氧化石墨烯还原为石墨烯,并采用化学沉淀法将纳米硫成功负载到石墨烯片层上,获得石墨烯/纳米硫（RGO/nano-S）正极复合材料。利用FT-IR、XRD、SEM、TEM和Raman对所制备复合材料的微观结构、形貌等进行表征,采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗法对复合材料的电化学性能进行研究。研究结果表明,热还原所得石墨烯褶皱的表面形成容纳硫及多硫离子的空间,有助于缓解活性物质溶解和抑制多硫离子迁移;同时,均匀分布的纳米硫能更好地与电解液接触,在石墨烯的导电网络上增大了电化学反应面积,进而改善了该材料作为锂硫电池的实际放比电容量和倍率循环性能。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量（1675 mA·h·g^-1）而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。