以蒲草绒为碳源制备多孔碳及其在电化学中的应用

以蒲草绒为生物质碳源制备了具有高比表面积的多孔碳材料,其在超级电容器以及钠离子电池方面得到了较好的应用,并研究了不同活化比例对其电化学性能的影响。最佳比例条件下,0.5A/g的电流密度下,制备的碳材料在超级电容器中可以得到260F/g的比电容值,循环2500圈之后可以保持初始容量的92.7%;而在其作为钠离子电池负极的应用上,0.05A/g的电流密度下,其比容量可达245mAh/g;在大倍率(10A/g)下,其比电容仍然高达87mAh/g,在1A/g循环1000圈之后,其容量衰减仅衰减了16.4%,在5A/g循环1000圈仅衰减了11%,表现出了良好的电化学性能。     

氮硫共掺杂多孔碳材料制备及其电容性能研究

碳材料因电化学稳定性好，被广泛用作超级电容器电极材料，但是其比电容较低，目前多通过对碳材料进行杂原子掺杂来提高其比电容。碳材料中杂原子掺杂量对其电容性能有重要影响。以静电交联的聚苯胺和聚对苯乙烯磺酸为碳材料的前驱体，其中静电交联作用可提高氮和硫元素的掺杂量，从而获得具有高比电容的多孔碳材料。当电流密度为1 A/g时，所制备碳材料的比电容为160 F/g，且具有良好的循环稳定性，而纯聚苯胺制备的碳材料比电容仅为110 F/g。     

用于锂硫电池硫载体的SiO2/氮掺杂碳空心微球

锂硫电池以其高理论能量密度、低成本和环境友好等特征，正在引起越来越多科学家和产业界人士的关注。利用正硅酸四乙酯水解与多巴胺自聚合之间的相互促进作用，通过一步水热反应制备出具有空心结构的SiO₂/氮掺杂碳复合微球。破裂微球的扫描电镜照片证实了复合微球的空心结构，热重分析则明确了SiO₂/氮掺杂碳复合微球中的氮掺杂碳含量为74.1%。电化学测试结果表明，采用SiO₂/氮掺杂碳复合微球为载硫材料制备的锂硫电池在0.05 C时的首圈放电比容量为1 204 mAh/g，其在2 C时的放电比容量为677 mAh/g。因此，提供了一种SiO₂/氮掺杂碳复合微球载硫材料的通用有效的合成方法。     

原子气相沉积法制备V_2O_5/氮掺杂石墨烯锂离子电池负极

以氮掺杂石墨烯为基底,采用原子气相沉积法将纳米V_2O_5薄膜均匀的生长在多孔石墨烯纳米片上。由于V_2O_5与石墨烯间较强的化学键合作用,多孔石墨烯构建的优异的离子和电子传输路径,当复合材料电极作为锂离子电池负极时展现出优异的电化学性能,在200mA/g电流密度下具有良好的容量保持率,50次循环后,整个电极仍可获得608mAh/g的放电容量。     

空心碳球修饰碳纳米管用于锂硫电池的硫载体

锂硫电池因具有超高的理论比容量(1 675 mAh/g)和比功率(2 600 Wh/kg)被认为是极具竞争力的储能体系之一。由于“穿梭效应”和反应动力学缓慢等问题，使得其商业化极具挑战。在这项工作中，结合了多孔空心碳纳米球和碳纳米管的优点，合理设计和制备了空心碳纳米球修饰碳纳米管(HCS-CNT)材料，并成功应用于锂硫电池的硫载体。具有独特结构HCS-CNT复合材料不仅可以作为高导电框架提高硫正极的导电性，而且可以通过物理限域来抑制多硫化锂的穿梭，因此HCS-CNT/S电极表现出优异的电化学性能。在0.5 C下可提供1 095.7 mAh/g的初始放电比容量，同时保持了超过98.6%的库仑效率，1 C下平均每循环的衰减率仅为0.09%，提供了一个可应用于锂硫电池和其他储能系统的优异碳基材料。     

Kapton基多微孔碳作为钠离子电池负极材料

研究了以Kapton薄膜作为原材料煅烧至1 100℃得到碳基材料C-1100作为钠离子电池负极材料,材料层间间隙为0.384 nm,满足钠离子的插层。由扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)等一些物理表征得出,材料为无定型且具有多微孔的结构。在电化学测试中C-1100也表现出较好的循环稳定性和较高的库仑效率(86.36%,电流密度为20 mA/g)。在100 mA/g电流密度下,起始比容量为201.99 mAh/g,循环250次,比容量变为210.36 mAh/g,容量保持率大于99.9%。     

Si/AG/C复合负极材料的制备及性能研究

以硅、人造石墨和蔗糖为原料,通过高温裂解法制备了硅/石墨/碳复合材料作为锂离子电池负极材料。用扫描电子显微镜法(SEM)和X射线衍射光谱法(XRD)分析材料的形貌和结构,复合材料制备成电极后,通过恒流充放电、循环伏安(CV)和电化学交流阻抗频谱(EIS)测试其电化学性能。结果表明:裂解碳将石墨和硅紧密包裹,高温后硅和石墨仍为晶体结构;在600~900℃,复合材料脱锂比容量随温度升高而增加,首次脱锂比容量在1 000~1 100 mAh/g,复合材料循环40次后比容量保持在418~543 mAh/g。紧箍包裹结构的硅/石墨/碳复合材料兼有石墨循环性好和硅容量高的特点。     

Al~(3+)掺杂Na_(0.44)MnO_2正极材料的制备与储钠性能研究

NaO_(0.44)MnO_2具有开放的框架和三维隧道结构,是一种优良的钠离子电池正极材料。采用固相法制备了Al~(3+)掺杂的Na_(0.44)MnO_2,并通过形貌、结构分析以及各种电化学手段研究了Al~(3+)掺杂对Na_(0.44)MnO_2材料储钠性能的影响。研究结果表明,适量的Al~(3+)掺杂能有效提高Na_(0.44)MnO_2材料的倍率和循环性能。Al~(3+)掺杂量为1%(Al与Mn的摩尔比为0.01:0.99)的样品在30 C(1 C=120 mA/g)的电流密度下具有76.5 mAh/g的放电比容量,且在1 C下循环1 000次之后容量保持率高达70.0%。相比之下,未掺杂的样品在30 C下的比容量仅有45.7 mAh/g,且在1 C下循环1 000次之后容量保持率仅为47.0%。这些结果表明掺杂Al~(3+)能够在一定程度上提高Na_(0.44)MnO_2在循环过程中的稳定性,提高Na~+在Na_(0.44)MnO_2中的嵌入/脱出反应速度,为发展高容量和高稳定性钠离子电池正极材料提供了一种新途径。     

多元素掺杂木质素基多孔硬碳材料的制备及应用

在钾离子电池负极材料中，生物质碳材料因其来源丰富、无毒可降解的优势有着良好的发展前景。然而，复杂的制备流程、相对较低的容量以及较差的循环性能限制了它的应用。以造纸工业废品木质素为前驱体，通过直接碳化法成功制备出多元素掺杂木质素基多孔硬碳(HC)。作为钾离子电池负极，HC具有较高的可逆容量(0.1 C时容量为312.5 mAh/g)、良好的倍率性能(2 C时容量为107.6 mAh/g)以及循环稳定性(0.5 C下经过200次循环后，容量保持在125 mAh/g)。优异的电化学性能归因于分级多孔结构以及N、O、S等多种元素掺杂产生的丰富缺陷和反应活性位点。更重要的是，相对简单的制备流程可以有效缓解工业木质素带来的环境污染和资源浪费问题，因此HC具有巨大的商业化应用潜力。     

新能源汽车电池负极材料的制备与电化学性能

采用静电纺丝法和退火相结合的方法制备了电池负极Fe7Se8/N-CNFs复合材料,并与块状Fe7Se8进行了微观结构和电化学性能对比分析.结果表明,复合材料中氮掺杂碳纤维表面弥散分布着细小Fe7Se8粒子(比表面积约50.2 m2/g),而块状Fe7Se8电极中Fe7Se8粒子团聚成块状(比表面积约为9.9 m2/g).经过100次循环后,复合材料电极和块状Fe7Se8电极的容量保持率分别为91.4％和76.4％;复合电极材料在0.2～20 A/g电流密度下的放电比容量都要高于块状Fe7Se8电极.在电流密度高于2 A/g时,Fe7Se8纳米粒子/氮掺杂碳纤维复合材料就具有相较Fe7Se8/N掺杂碳、NiSe2/C中空微球和MoSe2/CNT等更高的容量;Fe7Se8纳米粒子/氮掺杂碳纤维复合材料具有相较于块状Fe7Se8电极更好的高倍率放电性能,这主要与Fe7Se8粒子较好地锚定在N-CNFs上起到协同作用有关.     

碳包覆硫化锑纳米棒的制备及其储钠研究

以三氯化锑(SbCl3)和九水硫化钠(Na2S·9 H2O)为原料,以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,以乙二醇为辅助溶剂,在200℃温度条件下,采用溶剂热法成功制备了一维直径为80～190 nm,长度约为40μm的Sb2S3纳米棒材料,并对该合成材料进行碳包覆.将该合成材料作为钠离子电池负极材料时,表现出优异的储钠性能.对于Sb2S3/C电极,在电流密度为200 mA/g时,首次放电比容量为1019.2 mAh/g,循环50次后,比容量保持在566.8 mAh/g,当电流密度提高为500 mA/g时,循环100次后,比容量保持在480.4 mAh/g.     

核-壳多孔硅/碳复合阳极的制备及其电化学性能

将微米硅采用金属银诱导化学腐蚀法制成三维多孔硅。以磺化沥青为前驱体,通过喷雾干燥法对多孔硅包覆,高温碳化得到核-壳多孔硅/碳复合阳极材料。利用SEM表征复合材料微观结构,多孔硅表面均匀分布大量纳米级孔洞,热解碳壳则将多孔硅紧密包裹,从而增强锂离子的扩散性能,及容纳体积膨胀空隙的能力。电池循环210次后,活性物质与集流体未见明显分离。所制备的多孔硅/碳复合锂离子电池具有较好的电化学性能,在0.1 C电流密度下首次放电比容量为3 810 mAh/g,经30次循环后比容量仍保持在1 710 mAh/g。1 C电流密度下,100次循环后比容量稳定在824 mAh/g,库仑效率99%。恢复至0.1 C充放电后,比容量仍能保持在1 210 mAh/g。     

Na_2MnFe(CN)_6@Na_2NiFe(CN)_6的合成及其在钠离子电池中的应用

通过两步共沉淀法制备了Na_2MnFe(CN)_6@Na_2NiFe(CN)_6钠离子电池正极材料。通过首次充放电测试,Na_2MnFe(CN)_6、Na_2NiFe(CN)_6钠离子半电池首次放电比容量分别可达到144.9和52.5 mAh/g,Na_2MnFe(CN)_6钠离子半电池充放电循环200次后容量保持率仅可达到87.09%。然而,Na_2MnFe(CN)_6@Na_2NiFe(CN)_6首次放电比容量虽然略低于Na_2MnFe(CN)_6,只有137.1 mAh/g,但是其循环稳定性明显强于单体Na_2MnFe(CN)_6,循环200次后,其放电比容量衰减很缓慢,仍能达到129.4 mAh/g,容量保持率高达94.41%。     

钠离子电池有机电极材料研究进展

钠离子电池有机电极材料由于其高比容量、结构多样、低成本、环境友好等潜在优势，被视为具有广阔前景的储能材料。然而，由于有机材料自身导电性差、易溶解等缺陷，制约了有机电极在钠离子电池中的推广应用。目前有许多研究致力于通过聚合化、盐化、金属有机框架化、纳米复合化等策略，解决有机电极的不足。对钠离子电池有机电极材料的研究现状进行总结，详细介绍了各改进策略的机制和典型有机电极材料，对电极的电容、循环寿命等电化学性能进行了描述，并为下一代钠离子有机电极的设计进行了展望。     

非晶态镍-锰-硼/介孔碳电极的制备及性能

采用化学还原法制备非晶态镍-锰-硼(Ni-Mn-B)合金和非晶态Ni-Mn-B/介孔碳纳米线阵列(Ni-Mn-B/MCNA)复合电极材料,对结构和形貌进行XRD、SEM和透射电镜(TEM)分析。非晶态Ni-Mn-B合金颗粒在负载MCNA后变得更加分散。在6 mol/L KOH溶液中,非晶态Ni-Mn-B和Ni-Mn-B/MCNA复合电极材料以5 m V/s的速率在-0.2~0.8 V循环伏安扫描,比电容分别为768 F/g和1 150 F/g。交流阻抗和充放电测试表明:Ni-Mn-B/MCNA复合电极材料的导电性相对于非晶态Ni-Mn-B合金得到增强,比容量有所提高。     

由MOF-5制备的活性多孔碳及其超级电容特性

以金属-有机骨架化合物MOF-5为原料,900℃直接炭化制备多孔碳电极材料,并进一步在浓HNO3中活化得到活性多孔碳(APC)。用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附等温线等对样品的结构与形貌进行表征。并且以APC材料为超级电容器的电极材料组装成扣式电容器进行循环伏安、恒流充放电、漏电流、自放电、循环寿命等电化学测试。结果表明:样品的比表面积为654 m2/g,并且其孔结构是由微孔、介孔和大孔组成,其最可几孔径为1.93 nm;用APC材料作电极材料组装的超级电容器有良好的电化学性能,在1 A/g充放电电流密度下,APC电容器的比电容可达72 F/g,循环5 000次后,比电容几乎没有减少。     

硬炭作为钠离子电池炭负极材料的研究

报道了以商品化硬炭作为钠离子电池负极材料的研究。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及氮气吸脱附测试(BET)对其结构进行表征;利用恒电流充放电、循环伏安和阻抗谱技术对电化学性能进行了测试。结果表明:硬炭呈现无序乱层多孔结构,比表面积为2.2 m2/g,层间距远大于石墨负极材料(0.38 nm)。该硬炭材料对钠离子电池表现出较好的嵌入/脱嵌钠的容量、倍率性能和良好的循环性能。在20 m A/g电流密度下的首次嵌钠比容量为361.7 m Ah/g,脱钠比容量为259.8 m Ah/g,首次效率为72%;在40 m A/g电流密度下循环100次的比容量保持在250m Ah/g,容量保持率99%,是一种具有应用潜力的储钠负极材料。     

高稳定性NaTi_2(PO_4)_3/C复合材料的制备与表征

通过固相法合成了具有典型NASICON结构的NaTi_2(PO_4)_3/C复合材料,碳质量分数为5%。以该材料为负极,以制备的λ-MnO_2为正极,在1 mol/L的Na_2SO_4水溶液中测试了NaTi_2(PO_4)_3/C复合材料的电化学性能。结果表明:在0.1C下该材料的比容量达到82 mAh/g;在1.5C下初始比容量达到54 mAh/g,500次循环后为48 mAh/g,容量保持率为88.9%。NaTi_2(PO_4)_3/C材料具有优良的循环性能和倍率特性,且材料的制备工艺简单,绿色环保,作为水系钠离子电池的负极具有较好的应用前景。     

低温钠离子电池有机正极与电解液的兼容性

钠离子电池电极材料和电解液的发展越来越成熟，但低于0℃环境下的性能仍不理想，其中，电极/电解液界面的稳定性会在很大程度上影响低温下电池内部的动力学过程。选用苝3,4,9,10-四羧基二氢化物作为正极材料，搭配3种普适性的电解液组装半电池，进行不同温度下的性能测试。电解液为1 mol/L NaClO₄/EC+PC(体积比1∶1)+5%氟碳酸乙烯酯(FEC)的半电池在常温与低温下均具有较好的电化学性能，并具有高的氧化还原稳定性和低的电荷转移电阻，-20℃下，以50 mA/g的电流在1.5～3.5 V循环50次，可保持94.5 mAh/g的比容量，说明电解液与电极之间的兼容性较好。     

碳热还原合成钒掺杂的球形LiFePO_4/C

通过碳热还原,合成了不同钒掺杂量(x)的球形碳包覆磷酸铁锂(LiFePO4/C)材料LiFe1-xVxPO4/C。循环伏安和恒流充放电测试表明,适当的钒掺杂能改善材料的电化学性能。x=0.05的材料,电化学性能较好,以0.1 C在2.5~4.2 V充放电,首次放电比容量为151.1 mAh/g,10.0 C倍率时,放电比容量仍能维持在104.4 mAh/g左右。