熔盐电化学石墨化研究进展及展望

近年来,提出了一种高效、环境友好的熔盐电化学转化方法,可将碳污染物直接转化为高附加值的石墨化产物。本文综述了熔盐电化学石墨化的工艺流程、产物的结构特征与转化机理。详细介绍了碳纳米材料在锂离子电池和铝离子电池等二次电池中的应用前景,突出了转化和利用丰富的二次碳资源实现高附加值应用的高效策略。最后,对开发熔盐电化学石墨化与规模化低能耗电解技术、构建先进高温熔盐电化学原位表征技术与定量化分析方法、深入研究电化学石墨化微观转化机理、推动石墨化产品的工程化应用进行了分析与展望。      

“电磁功能材料” 专题序言

本期电磁功能材料专题特别邀请北京理工大学曹茂盛特聘教授、北京化工大学侯志灵教授及北京理工大学宋维力副教授作为联合主编。电磁功能材料在通信领域和国防领域具有重要应用,随着集成技术和5G通信技术的发展,电磁功能材料的应用日趋广泛。目前,电磁功能材料已成为世界各国新型材料研究发展的重点,也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。     

A位掺杂Ru对SPS制备LaCrO3陶瓷导电性的影响及其作为熔盐中惰性阳极的可行性

铬酸镧（LaCrO₃）陶瓷材料在高温热电和固体氧化物燃料电池（SOFC）等领域具有广泛的应用价值,然而其烧结性能差、导电率低等不足却限制了LaCrO₃陶瓷的高性能应用。针对上述问题,采用放电等离子烧结（SPS）方式制备致密的LaCrO₃块体。同时,通过A位掺杂Ru元素,以期实现高电导率的掺杂态铬酸镧（La_1?xRu_xCrO₃）致密陶瓷。所得样品的X射线衍射（XRD）及扫描电子显微（SEM）分析结果表明,无论A位Ru元素含量多少（x=0～0.25, x为Ru的原子含量）,SPS所得样品均为单相钙钛矿结构,且具有较高的致密度。此外,高温电导率测试结果显示,掺杂态La_1?xRu_xCrO₃的电导率随着温度和Ru掺杂量的增加而增加。同时,掺杂前后La_1?xRu_xCrO₃导电性均满足Arrhenius公式,且掺杂态La_1?xRu_xCrO₃陶瓷的电导活化能明显低于未掺杂的LaCrO₃陶瓷。随后,将La_1?xRu_xCrO₃置于800 °C熔融CaCl₂熔体中,研究其作为熔盐电解用惰性阳极材料的可行性。结果显示,掺杂态La_1?xRu_xCrO₃具有较高的抗熔盐化学腐蚀性,然而其抗热振性较差,电解之后出现明显的表层机械脱落现象。上述结果表明,掺杂态La_1?xRu_xCrO₃具备作为惰性析氧阳极材料的化学稳定性,然而需要进一步提高其热稳定性才能适用于熔盐电解用惰性阳极。      

不同封装条件下锂离子电池内部氢气泄漏行为的研究

在锂离子电池内部气体演化主要气体之一就是氢气(H₂),检测其泄漏时间对电池安全预警十分重要。目前大部分的研究工作关注于H₂演化机制,尚无原位定量检测H₂泄漏时间与浓度、内部扩散、电池封装方式的定量化研究。本工作通过设计原位检测罐体并采用电化学氢气传感器,建立了一种基于真实封装工艺的软包、柱状、方形电池内部H₂泄漏的定量化实时监测方法。结果表明,电池内部H₂扩散时间随着H₂浓度增加而缩短。H₂初始浓度相同时,相比于柱状与方形电池,软包电池外部最先检测到H₂泄漏。通过增加软包电池极耳胶数量,有效减缓电池内部H₂泄漏时间约3582 s。本文建立的气体泄漏原位监测方法可帮助理解气体扩散行为,针对电池封装工艺的研究可为电池厂家生产制造工艺提供优化方向,进一步提升锂离子电池的安全性能和工作性能。     

智能电磁材料与结构综述

随着智能化装备的发展与升级,传统的电磁响应材料与结构难以满足智能化需求,通过调控隐身材料本征物理参数或者改变隐身材料的结构设计与参数,在多个频段实现谐振吸收峰的移动,对信号作出响应功能,实现频率或者功能转变,能够改变隐身结构对外界目标电磁波频段的响应能力。基于智能电磁响应材料、结构、器件与系统四个层级,提出了相对粗略的电磁智能系统框架,并对各个层级进行了典型工作的梳理和简要讨论。最后,对智能电磁材料与结构在设计、制造、集成、机理评价等方面提出了发展愿景,期望从多个方面为发展新概念电磁材料与结构,以及在此基础上开发先进微波器件与系统,提供设计基础与应用指导,推动智能化产品与装备的发展与应用。     

电池电极过程可视化与定量化技术的研究进展北大核心CSCD

2020年12月中央经济工作会议提出“碳达峰”与“碳中和”目标,明确了加快调整优化产业结构与能源结构,对发展新能源电池技术提出了新要求。在电池服役过程中,电极过程反映了电化学系统中的工作机制与演化规律,随着高比能电池体系的开发应用以及单体电池体积的增大,电池电极过程的不均匀程度更加突出。然而,电池在空间与时间维度上存在多尺度、多层级、多过程、多步骤及多场耦合的复杂特点。本综述重点整理了不同活性离子体系电池的电极过程,包括液相传质、表面电子转移、固相扩散三个主要步骤,并以高比能电池、功率型电池、长寿命电池为例,分析了电位、过电位、扩散系数、不同尺度的几何参数等对各种电池设计目标的影响,讨论了不同尺度下电极过程的非均匀对电池性能衰减的影响机制。基于已开发的电极过程可视化方法与定量化分析技术,系统总结了锂离子电池与铝电池的典型电极过程,深入分析了这两类电池电极过程的差异,为基于理解电极过程设计材料体系与优化电池结构提供了重要支撑。通过建立电极过程与电池性能之间的关系,分析并展望了存在的科学问题与技术问题,为科学指导电池设计与制造提供基础。