基于Ti3C2Tx材料在钠离子电池中的应用进展

MXene由于具有独特的层状结构、高电子导电性和丰富的表面化学特性,在储能、电磁干扰屏蔽、催化、医药等方面有广泛的应用前景。Ti₃C₂T_x作为最早发现的MXene材料,其固有的金属导电特征、宽层间距和丰富的表面官能团,引起了钠离子电池领域研究人员的关注。本文综述了近年来Ti₃C₂T_x基材料在钠离子电池中的研究进展。首先从Ti₃C₂T_x材料的制备展开,概述多层和少层两类Ti₃C₂T_x材料的结构与电化学特性。随后结合研究的应用趋势,总结两类Ti₃C₂T_x材料的层间距改性、掺杂改性、形貌调控等手段对其储钠行为的影响。同时也分析了两类Ti₃C₂T_x基复合材料应用于钠离子电池负极的结构设计思路,指出合理的结...     

基于Ti3C2Tx材料在钠离子电池中的应用进展

钠离子电池是近年来热门研究的二次离子电池之一,具有成本低、资源丰富的优点。但钠的原子质量和离子半径较大,导致钠离子电池结构形变,影响其电化学性能。MXene是一种新型的二维层状结构材料,具有高导电性、高可塑性、高耐腐蚀性和大比表面积的特性,在钠离子电池中具有广泛的应用。但MXene作为电极材料时,由于层间的范德华力使得片层易再次堆叠,从而减少了表面活性位点,加长了离子扩散路径,进而影响了钠离子电池的比容量和倍率性能。本文综述了MXene材料在钠离子电池负极中的研究进展,介绍了MXene材料的基本性质和制备方法,详细论述了MXene材料优化改性的方法和储钠机制,总结了MXene在钠离子电池负极实际应用中面临的困难和挑战,并展望了MXene材料进一步发展的方向,希望对MXene材料的实际应用有所启发。

     

Li_(1+x)Ti_(2-x)Cr_xP_3O_(12)系统的相关系与电性

研究了 Li_(1+x)Ti_(2-x)Cr_xP_3O_(12)系统的相组成与电性的关系。结果表明,Cr~(3+)能取代 LiTi_2P_3O_(12)中的Ti~(4+)生成固溶体,直至 x=0.8。在固溶体范围内,电导率随 x 的增加不断升高,至 x=0.8时达到极大。此时在室温和300℃的电导率分别为2.4×10~(-4)和4.8×10~(-2)S/cm,电子迁移数在10~(-4)数量级,分解电压为1.8V。对所得结果从结晶化学角度进行了讨论。     

合金元素复合化对Ti_(2)AlNb合金高温抗氧化性能影响EI北大核心CSCD

Ti_(2)AlNb合金具有良好的工艺性能、综合力学性能和较低的密度等性能优势,是新型航空发动机的重要选材之一。为拓宽Ti_(2)AlNb合金的应用范围,需对传统Ti_(2)AlNb合金进行合金成分优化和工艺组织调控以进一步增强其高温抗氧化性能。本研究在传统Ti-Al-Nb三元合金体系基础上,综合设计Mo,Zr,W等合金复合化的方法提高Ti_(2)AlNb合金的抗氧化能力,通过对新型Ti_(2)AlNb合金在750℃和850℃的氧化增重行为分析、氧化层特征结构分析、表面氧化物种类和合金成分过渡分布分析等,发现Mo合金元素引起Ti_(2)AlNb合金在750℃上升至850℃时抗氧化性能的明显下降,Zr合金元素则始终保持着Ti_(2)AlNb合金良好的高温抗氧化能力;更为深入的截面试样SEM表征可将氧化层结构细分为氧化物层、富氧扩散层和组织演变层,Zr和W合金元素对850℃高温氧化过程中不同氧化层结构具有协同抑制作用,因此提出通过Zr和W合金元素复合的方法作为新型Ti_(2)AlNb合金抗氧化合金成分优化方向。     

钠离子电池双层碳包覆Na3V2(PO4)3正极材料的超声辅助溶液燃烧合成及其电化学性能

用超声辅助溶液燃烧合成技术制备双层碳包覆的Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP)钠离子电池正极材料,并对其电化学性能进行深入的研究。结果表明,双层碳包覆在NVP颗粒表面,由内自外分别为无定形硬碳和石墨烯。石墨烯添加量为5.0%(质量分数)的碳包覆NVP复合材料具有优异的电化学性能,在1 C倍率下充放电其初始比容量为117 mAh·g^–1,循环300圈后容量的保持率为79%,在10 C倍率下其放电比容量高达100 mAh·g^–1。这种正极材料电化学动力学性能的提高,源于均匀的双层碳包覆结构及其构建的三维电子传输通道。     

熔盐法合成Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2@C钠离子电池正极材料及其电化学性能

本文采用熔盐法合成了三维碳网负载二元氧化物Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2复合材料(NNM@C)用作钠离子电池正极材料。对材料的结构、形貌及成分进行了分析。对组装的钠离子电池进行了恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试,并与Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2纯相(NNM)进行了对比。结果表明,NNM@C和NNM以0.2C倍率在2~3.9V电压范围内充放电,放电比容量分别为93.18mA·h·g~(-1)和94.85mA·h·g~(-1);在100次循环后,NNM@C容量保持率高达87%,比未进行碳负载的纯相二元氧化物Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_2(49%)电化学性能有明显提高。     

Mn(C_2Cl_3O_2)Cl(C_(12)H_8N_2)_2的合成、表征及其纳米晶体参数计算

以Cl3CCOOH、1,10-菲罗啉为配体,以MnCl2·4H2O为金属离子盐,通过溶液蒸发法合成了具有纳米级金属骨架的三元配合物Mn(C2Cl3O2)Cl(C12H8N2)2。通过元素分析、红外光谱、X单晶衍射测得配合物属于单斜晶系,其空间群为P21/c,a=1.8155nm,b=1.0638nm,c=1.4685nm,β=112.9°,z=4,V=2.6110nm3。通过纳米化计算的方法,计算出总晶胞数、总原子数、及表面参数随粒径变化的关系,得出Mn(C2Cl3O2)Cl(C12H8N2)2最佳纳米化尺度为115nm。     

电子束选区熔化成形Ti_(2)AlNb合金微观组织与性能EI北大核心CSCD

Ti_(2)AlNb基合金由于具有优异的高温比强度、高温抗蠕变性能和较高的断裂韧度,因而被认为是替代传统镍基高温合金最具潜力的材料。采用电子束选区熔化(selective electron beam melting,SEBM)技术成形Ti-22Al-25Nb合金,通过工艺优化获得高致密度(5.42-5.43 g/cm^(3))的成形试样。研究了沉积态和热等静压(hot isostatic pressing,HIP)态试样的显微组织演变、物相演变及其对力学性能的影响。结果表明:沉积态和HIP态组织呈现出沿成形方向的柱状晶结构,且均由B2,O和α_(2)相组成,沉积态试样中的O/α_(2)相自上而下逐渐增加,HIP后组织趋于均匀化,且相对沉积态,析出相的宽度缩小、数量减少。沉积态试样中析出相较多的下部区域具有更高的显微硬度((345.87±5.09)HV),HIP后试样硬度值增加至388.91-390.48HV。沉积态试样室温抗拉强度和伸长率分别为(1061±23.71)MPa和(3.67±1.15)%,HIP后抗拉强度增加至(1101±23.07)MPa,伸长率降低至3.5%。     

新型锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3改性研究进展

具有高能量密度、高电压平台、高稳定性、高安全性的新型锂离子二次电池正极材料Li3V2(PO4)3,近年来成为研究热点。综述了该材料具有电化学活性的单斜晶系的结构及其对应的电化学特性,并且重点介绍了该材料碳包覆、碳掺杂、金属离子掺杂等改性方法的最新研究进展,并对其实用化前景进行展望。     

并流共沉淀法合成Dy_(2)O_(3)-ZrO_(2)纳米粉体EI北大核心CSCD

采用并流化学共沉淀法合成了Dy_(2)O_(3)掺杂ZrO_(2)(DySZ)纳米粉体材料,系统研究稳定剂掺杂量、阳离子浓度、反应系统pH值和煅烧温度对粉体材料物相组成、晶体结构和微观形貌的影响。结果表明:不同合成工艺条件下,DySZ粉体材料均具有纳米尺度特征,球形颗粒尺寸为10~30 nm,Dy_(2)O_(3)的掺杂可以起到稳定晶型的作用;稳定剂掺杂量对DySZ粉体的物相组成具有明显影响,掺杂量为10%(质量分数)时可合成单一四方相结构的DySZ粉体;DySZ粉体材料的四方度和微观形貌对稳定剂掺杂量、阳离子浓度、反应体系pH值和煅烧温度均不敏感,但其平均晶粒尺寸随稳定剂掺杂量、阳离子浓度和反应体系pH值的升高略有降低,随煅烧温度的提高而显著增加。     

熔融盐法合成高密度锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.15) Ti_(0.05)O_2

利用低共熔组成的0.38LiOH-0.62 LiNO3混合锂盐体系,与高密度前驱体掺杂Co的Ni(OH)2、TiO2粉末在低温下自混合,无需前期研磨和后续洗涤,直接制备出振实密度达3.17g/cm2的高密度锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Ti0.05O2.X射线衍射分析表明合成的LiNi0.8Co0.15Ti0.05O2具有规整的层状α-NaFeO2结构.扫描电镜显示产物颗粒均匀,电性能测试表明,在0.2C放电倍率和3.0～4.3V的电压范围内,LiNi0.8Co0.15Ti0.05O2良好首次放电比容量达169mAh/g,且具有良好的循环性能.     

水系锂离子电池负极材料LiTi2(PO4)3的研究进展

锂离子电池作为一种绿色可充电电池, 具有较高的能量密度及功率密度, 但市售锂离子电池主要以有机物为电解液, 当电池过充或短路时存在一定的燃烧及爆炸风险。为应对此问题, 水系锂离子电池逐渐走进人们的视野, 它具有清洁环保、安全性能高等优点, 其工作电压为1.5~2.0 V, 主要应用于储能领域。考虑到水系电池的析氢析氧反应, 常规负极材料无法应用于水系锂离子电池, 因此水系锂离子电池的研发关键在于负极材料的选取。LiTi₂(PO₄)₃具有开放的三维通道以及合适的嵌锂电位, 可以作为水系锂离子电池的负极材料。LiTi₂(PO₄)₃的合成方法主要有高温固相法、溶胶-凝胶法和水热法等。为进一步提高LiTi₂(PO₄)₃的电化学性能, 可以采用颗粒纳米化、形貌控制、元素掺杂及碳包覆等方式进行改性。本文从合成方法及改性手段的角度, 对近年来国内外水系锂离子电池负极材料LiTi₂(PO₄)₃的研究进行综述, 并对LiTi₂(PO₄)₃负极材料的发展前景做出展望。     

超薄材料电催化CO_(2)还原合成液体燃料EI北大核心CSCD

电催化CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)不仅可以减轻过量CO_(2)造成的负面影响,而且生成的含碳燃料有利于缓解能源短缺。但是,CO_(2)RR路径较为复杂,存在着选择性低、电流密度低和稳定性差等问题,亟需开发高效廉价的催化剂来推进其发展。超薄材料具有大的比表面积、充分暴露的活性位点、加快的动力学传质和可调的电子结构等优势,有望突破CO_(2)RR的研究瓶颈,因此备受关注。本文总结了近4年来不同超薄催化剂的合成及其在电催化CO_(2)还原产液体燃料(甲酸、甲醇、乙酸)中的应用,探讨了超薄材料相较于块体材料的优势及其对催化活性、选择性以及反应路径的影响,并针对未来的发展趋势提出一些建议,包括超薄催化剂的合成方法学、作为载体的潜力、机理分析和机器学习。     

锂二次电池新型正极材料FeF3(H2O)0.33的制备及电化学性能研究

用水热法制备FeF<3(H2O)4.5前驱体,在惰性气体保护下将前驱体制备成含微量水的FeF3(H2O)0.33,FeF3(H2O)0.33与乙炔黑球磨制备成锂二次电池新型纳米级的复合正极材料.通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试等研究了材料的结构和电化学性能.结果表明,所制备的FeF3是含微量水的FeF3(H2O)0.33,具有典型正交晶系结构,并且所制备的材料粒径均匀.FeF3(H6O)0.33/C复合材料在充放电倍率为0.1C和电压范围在2.0～4.5V内,具有较高的放电比容量和容量保持率.其首次放电比容量为190mAh/g,在循环30次后容量保持率为第2次的86%.     

Na3V2(PO4)3/CN/Rgo复合正极材料的构筑及储钠性能研究

Na3 V2(PO4)3具有理论容量高、钠离子超导体(NASlCON)结构等优势,被认为是一种值得研究和大规模应用的新型钠离子电池正极材料.然而低的电导率导致其电化学性能在大电流充放电条件下不理想.本实验采用固相法制备了一种由氮掺杂碳与还原氧化石墨烯(rGO)共修饰的Na3V2(PO4)3/CN/rGO(NVP/CN/rGO)复合正极材料,并借助材料表征手段、电化学分析技术等对不同含量rGO掺入的NVP/CN/rGO正极材料的微观形貌和电化学性能进行了系统研究.结果显示,NVP/CN/rGO-2复合材料颗粒分布均匀,并表现出较高的可逆容量和优越的循环稳定性.在0.2 C、10 C下可逆容量分别为116.9 mAh·g-1和99.4 mAh·g-1,且在10 C下循环1500次后,容量保持率为97.2％.复合材料表现优异性能的主要原因是:rGO特殊的导电网络结构将孤立的NVP/CN连接起来,提升了颗粒之间的接触电导,使其导电性进一步提高,从而显著提升其电化学性能.     

新型二维层状材料MXene在超级电容器上的研究与应用进展

二维过渡族金属碳化物/氮化物(MXene)是二维材料家族的新兴成员,通过液相刻蚀等方法移除MAX相的A层得来.独特的二维结构及表面化学组成,使其表现出了良好的金属导电性、亲水性、优异的柔韧性及离子可插层性,在超级电容器研究与应用领域展现了巨大的潜力,受到了广泛关注.但是MXene仍存在诸多问题.首先,片层容易发生堆叠,...     

锂离子电池正极补锂材料Li_(5)FeO_(4)的制备及电化学性能EI北大核心

为开发高能量密度的锂离子电池,补锂技术受到广泛的关注。以LiNO_(3)-LiOH混合锂盐为反应介质和锂源、纳米Fe_(2)O_(3)为铁源,通过熔盐法成功制备出正极补锂材料Li_(5)FeO_(4),采用正交实验法优化Li_(5)FeO_(4)的合成工艺条件,讨论合成条件对材料电化学性能的影响。将Li_(5)FeO_(4)添加到LiFePO_(4)正极极片表面,并与石墨负极组装成全电池,研究其对全电池电化学性能的影响,以及降低锂离子电池初始容量损失的机制。结果表明,使用熔盐法可制备出纯度高、粒径小且电化学性能好的Li_(5)FeO_(4)正极补锂材料,在0.05 C倍率下具有672.8 mAh·g^(-1)的脱锂比容量;当添加2.8%(质量分数)的Li_(5)FeO_(4)(基于活性物质质量的占比),LiFePO_(4)/石墨全电池在0.05 C倍率下的首周放电比容量为150 mAh·g^(-1),相较于未添加的高出8.5%,在0.2 C的倍率下循环100周次后,容量依旧有7.1%的提升,体系的不可逆容量得到恢复。     

g-C_(3)N_(4)/CeO_(2)/BiOBr三相复合材料的制备及其可见光催化降解RhB性能EI北大核心

以多孔层状g-C_(3)N_(4)为基体,引入沉淀法所得的CeO_(2)/BiOBr复合材料,经超声搅拌制得具有异质结结构的g-C_(3)N_(4)/CeO_(2)/BiOBr三相复合材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见光漫反射光谱、光致发光光谱等方法对g-C_(3)N_(4)/CeO_(2)/BiOBr进行了成分、结构和光学性质表征。结果表明:g-C_(3)N_(4)/CeO_(2)/BiOBr三相复合材料呈三明治层状堆叠结构,界面结构构建良好,光响应性能优异,各相分布均匀且结晶程度较高。当Ce∶Bi摩尔比为1∶1,g-C_(3)N_(4)质量分数为15%时所得三相复合材料表现出最高的光催化活性,RhB降解率高达99%,降解速率是纯相CeO_(2)的86倍、纯相BiOBr的3倍。此外,经过4次循环后,复合材料的RhB降解效率依然保持在89%,表现出良好的稳定性。     

普鲁士蓝及普鲁士蓝类化合物材料在钠离子电池中的研究进展

近年来,普鲁士蓝(PB)及普鲁士蓝类化合物(PBAs)用于钠离子电池电极材料方面的研究逐渐深入.作为金属有机框架(MOFs)材料,PB及PBAs是具有可调控的化学组成和物理性质的简单配位聚合物.PB及PBAs可直接作为高性能钠离子电池正极材料,也可以通过与其他材料复合用于钠离子电池正极;此外,利用PB及PBAs作为前驱体制备各类具有纳米结构的金属化合物(如金属氧化物、金属硫化物、金属硒化物和金属磷化物等)及金属化合物复合材料,并用于钠离子电池负极.本文简要介绍了PB、PBAs和以它们为前驱体制备的金属化合物及复合材料在钠离子存储方面的应用研究进展.     

丰富氧缺陷MnO_(x)掺杂的碳纳米纤维基锌离子电池阴极材料的制备及性能EI北大核心CSCD

可充电水系锌离子电池(ZIBs)由于性能优良、价格低廉、环境友好等优点而被广泛研究,而针对高容量、长循环寿命的ZIBs阴极结构设计成为该领域研究的热点。采用同轴静电纺丝法,以PAN溶液为皮层,含有Mn(NO_(3))_(2)·xH_(2)O的PAN溶液为芯层制备纳米纤维膜,并对其炭化后得到了一种表面具有类皮脂腺凸起结构的碳纳米纤维(MCNFs),在其表面电化学沉积MnO_(2),制得了与电解液具有优良亲和性的MnO_(2)@MCNFs阴极材料。研究表明:设计得到的类皮脂腺结构不仅增大了阴极比表面积,而且在MCNFs基底与电化学沉积的α-MnO_(2)活性物质之间形成铆接效应,加固了界面结合,减少活性物质脱落,降低界面电阻,缩短了电子传导和离子扩散路径。对其电化学性能进行测试,芯层Mn(NO_(3))_(2)·xH_(2)O含量为3%的阴极在100 mA/g的电流密度下,首周次比容量达581.16 mAh/g;在1 A/g电流密度下循环1000周次后比容量仍大于120 mAh/g,库仑效率保持在99%左右。