铝空气电池用6061和7075铝合金阳极电化学性能

研究了工业6061铝合金（6061）、航空7075铝合金（7075）和纯铝作为铝空气电池阳极材料的电化学性能,分析其作为阳极的可行性及适用环境。进行了阻抗、极化曲线和恒电流放电实验并进行了表面表征,计算了在40～120mA/cm²电流密度下连续恒流放电的阳极能量密度。用电子探针显微镜（EPMA）对电极表面形貌进行了研究,用波谱分析仪（WDS）进行表面分析。研究结果表明,合金元素在电池放电过程中会改变阳极的表面特性。6061中合金元素含量对电池阳极材料的性能产生了积极影响,使得合金的表面放电面积变大,放电均匀,更适合作为铝空气电池阳极材料。     

木屑制备高孔隙成型活性炭及Doehlert设计法优化

以木屑为原料,不添加任何黏结剂,使用H₃PO₄作为活化剂,制备高孔隙的成型活性炭。利用N₂吸附-脱附、XRD及万能试验机,考察了不同活化时间（1~3 h）、活化温度（500~700 ℃）对成型活性炭性能的影响。结果表明：制备的成型活性炭具有较高的比表面积、孔隙率、得率、表观密度、耐压强度和总孔容积。在活化温度为600 ℃,活化时间为1 h的条件下,其比表面积达1 022.6 m²/g,得率为32.2 %,表观密度为0.62 g/cm³,耐压强度为5.23 MPa,总孔容积为0.49 cm³/g,微孔比例达到91.8 %。通过Doehlert设计法对反应条件进行优化,结果表明优化的制备条件为活化温度590 ℃,活化时间2.1 h,此时成型活性炭得率、耐压强度和表观密度分别为31.8 %、5.54 MPa、0.87 g/cm³。理论值和实验值存在很好的一致性,表明该理论模型是可靠的。     

煤-生物质基活性炭成孔机制及其吸附乙酸乙酯的性能

以CO₂为活化气氛,通过一步快速热解活化法从黑山煤粉与生物质混合物中制取活性炭。讨论了不同质量比率、活化温度和CO₂浓度对活性炭比表面积的影响。通过N₂吸附（BET）、扫描电镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）和红外光谱（FTIR）对活性炭的性能进行了表征。确定了制备活性炭的最佳条件为活化温度900℃、质量比1、CO₂体积分数30%、活化时间120min时,活性炭的比表面积和孔容最大,分别为901m²/g和0.39cm³/g。最后,用乙酸乙酯吸附量验证了其吸附性能,最大累积吸附量为766.51mg/g。     

氰酸盐离子液体在石墨烯基超级电容器中的应用

将石墨烯电极与离子液体N-甲基-N-丙基吡咯烷氰酸盐（[C₃mpyr][OCN]）/碳酸丙烯酯（PC）混合电解液组装成超级电容器,采用循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）、恒电流充放电（GCD）等方法研究了其在50、60、70℃环境下的电化学性能。结果表明：该体系在较高温度下的电化学性能优异,70℃下其比容量最高可达295 F·g^-1,能量密度可达118 W·h·kg^-1,且恒电流充放电循环稳定性较好。     

水热法制备氧化钴/泡沫镍材料及电容性能分析

利用简单的水热法制备出不同反应液浓度、不同反应时间以及不同反应温度氧化钴/泡沫镍（CoO/NF）电极，旨在改善氧化钴材料的比电容及稳定性。通过XRD、SEM、TEM、EDS Mapping和BET对其结构和形貌进行了表征，同时在1mol/L氢氧化钾（KOH）电解液中采用循环伏安曲线（CV）、充放电曲线（CP）、循环性能测试、大电流充放电测试以及交流阻抗（EIS）测试研究了其电化学性能。表征结果显示氧化钴均匀地分布在泡沫镍载体表面，且片状结构CoO-8h/NF具有较大的比表面积和多孔特性。在三电极体系中，电化学测试结果显示CoO-8h/NF在1mA/cm²电流密度下表现出最好的电容性能，比电容可以达到930mF/cm²。在10mA/cm²电流密度下对CoO-8h/NF电极进行10000次恒电流充放电测试，循环测试后电极的比电容几乎没有衰减，具有较好的稳定性，是超级电容器比较理想的正极材料。     

电芬顿-臭氧一体化工艺处理船舶生活污水

高级氧化技术是一种新型、绿色的水处理工艺,通过各种强化技术更快、更多地产生具有强氧化性的羟基自由基,使其与废水中的有机物发生链式反应,从而将废水中的有机物快速高效降解为无害的无机盐。采用两种典型的高级氧化技术：电芬顿和臭氧,一体化处理船舶生活污水,研究结果表明：在电流密度20 mA/cm²,芬顿试剂n（H₂O₂）：n（Fe²⁺）=3：1,C（Fe²⁺）为0.01 mol/L,氧气速率2 L/min,臭氧投加量6 g/L时,电芬顿-臭氧一体化装置能有效降解船舶生活污水中的污染物,当处理时间为120 min时,对COD去除率可达86.4%。     

离子液体一步法催化合成4-乙酰胺基苯亚磺酸

离子液体作为一类同时具备优良溶剂性能与催化活性的新兴绿色催化剂,在各类反应当中有着广泛的应用。开发了以乙酰苯胺和SO₂为原料,采用离子液体一步法催化原料亚磺化反应合成4-乙酰胺基苯亚磺酸的新工艺,其中离子液体在反应过程中同时作为溶剂与催化剂。考察了多种离子液体一步法合成4-乙酰胺基苯亚磺酸,确定三乙胺盐酸盐/AlCl₃为最适宜离子液体,并进一步考察了三乙胺盐酸盐/AlCl₃自身物质的量配比、反应温度和反应时间等条件对其催化性能的影响;同时探讨了离子液体在反应中真正起催化作用的活性组分是[Al₂Cl₇]^-。离子液体一步法催化合成4-乙酰胺基苯亚磺酸最适宜反应条件为：反应温度为90℃、反应时间为4 h、n（三乙胺盐酸盐）：n（AlCl₃）=0.55：1.00（记为0.55Et₃NHCl/AlCl₃）。在最适宜反应条件下,液相收率达到89.55%。通过IR、LC-MS和¹H NMR等分析对产物结构进行了鉴定。     

酚醛树脂基活性炭材料的制备及其电化学性能

以酚醛树脂（PF）为原料,聚乙二醇（PEG）为造孔剂,采用聚合物共混炭化及水蒸气活化法制备超级电容器电极用活性炭。通过热重（TG）分析探讨了PF、PEG及其共混物（PF-PEG）在升温过程中的热解行为,用N₂-BET法测试比表面积及其孔结构参数。通过测试恒流充放电、循环伏安和交流阻抗曲线分析其电化学性能,研究了活化温度、水蒸气流速及活化时间对活性炭孔结构及电化学性能的影响。结果表明,当活化温度为900℃、水蒸气流速为1 ml·min^-1、活化时间为2 h时制备的活性炭结构和性能相对较好,孔径主要分布在2 nm以下,比电容达到105.4 F·g^-1,具有良好的电容特性。     

石墨负极的压实密度对软包锂离子电池性能的影响

石墨负极的压实密度是影响锂离子电池循环性能和倍率放电性能的主要因素之一。通过研究3种不同压实密度的石墨负极材料的电化学性能,发现随着压实密度的增大,负极极片的吸液时间逐渐延长,电池的内阻也在不断地增加。当负极压实密度为1.7 g/cm³时,锂离子电池的循环性能和倍率性能均为最佳。电池在0.5 C下放电循环500次后的容量保持率为86.8%,3.0 C倍率的放电容量为0.2 C放电容量的95.1%。     

干法制备高中孔率生物质成型活性炭

以锯末为原料,氯化锌为活化剂,不添加黏结剂,采用干法混合后直接成型活化制备高中孔率生物质成型活性炭。为考察这种工艺的可行性,通过单因素实验,以亚甲基蓝吸附值为评价指标,考察了盐料比、活化温度、活化时间与成型密度对生物质成型活性炭吸附性能的影响,得出较优工艺条件为:盐料比1.0:1,活化温度950℃,活化时间为60min,成型密度为1.4g·cm^-3。在此工艺条件下制备得到的生物质成型活性炭,其亚甲基蓝吸附值为387mg·g^-1,BET比表面积为2104m²·g^-1,平均孔径为3.11nm,总孔容为1.63cm³·g^-1,中孔孔容为1.17cm³·g^-1,中孔率高达71.8%,初步证明了干法制备高中孔率生物质成型活性炭工艺的可行性。     

咖啡渣活性炭的制备、表征及其对Cr(Ⅵ)的吸附机制研究

以碘吸附值为评价指标,活化时间、活化温度和浸渍比为影响因素,采用响应面法试验设计对磷酸活化法制备咖啡渣活性炭的工艺条件进行优化,并通过静态吸附试验研究了不同吸附时间、溶液pH值和吸附温度条件下,活性炭对水溶液中Cr（Ⅵ）吸附性能的影响,最后利用Langmuir、Freundlich吸附等温方程、准一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内部扩散方程进行拟合。试验结果表明,制备咖啡渣活性炭的最佳工艺条件为活化时间1 h、活化温度498℃、浸渍比1.72;在此条件下活性炭得率为30.4%,碘吸附值为（799±16）mg/g,比表面积为1 006 m²/g,孔容为0.779 cm³/g、微孔孔容为0.051 cm³/g、平均孔径为3.088 nm。较低pH值和较高温度能够促进活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附;Langmuir等温方程能够更好地描述活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附效果;活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附分3个阶段：快速吸附阶段、慢速吸附阶段和吸附平衡阶段,10 min内可完成吸附总量的79%,360 min内达到吸附平衡,该吸附过程符合准二级吸附动力学方程。分析表明咖啡渣活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附主要为单分子层的化学吸附。     

Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2结构和电化学性能的影响

采用共沉淀-高温固相合成法制备锂离子电池正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂（x=0,0.04,0.08,0.12）。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试和电化学交流阻抗谱（EIS）对掺杂不同Cr含量的正极材料的结构、形貌和电化学性能进行分析测试。结果表明：制备出的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.2-x/2Mn_0.6-x/2Cr_xO₂正极材料均具备层状固溶体结构。Cr掺杂不会改变材料的结构,而且能够有效抑制循环过程中材料由层状向尖晶石结构转变的过程。当Cr的掺杂量为8%（即x=0.08）时,得到的正极材料Li_1.2Ni_0.16Mn_0.56Cr_0.08O₂具有最好的电化学性能。0.1C的首次放电比容量由未掺杂的230.4 mA·h·g^-1增加到246.6 mA·h·g^-1,在0.2C电流下50次循环后的容量保持率由93.5%提高至95.36%,5C的放电比容量由91.5 mA·h·g^-1增加到104.2 mA·h·g^-1。而且x=0.08时制备的样品具有最小的电荷转移阻抗。     

应用于大尺寸平板型固体燃料电池电堆的Al2O3-SiO2-CaO基密封材料软化特性及其验证

设计研制了Al₂O₃-SiO₂-CaO基密封材料,对其高温晶化与软化、热性能、界面黏结特性开展了原位观察,并进行了电堆实际应用验证。结果表明:在不高于1 100℃时该密封材料均为非晶态,850℃开始软化,900~1 000℃出现球化。热重分析表明密封材料在0~960℃的质量损失较小,约为0.06%;密封材料与连接板、电池界面黏结紧密,利于固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆密封应用。采用研制的密封材料组装了2个5单元SOFC短堆,分别进行了热循环与稳定性研究。结果表明:2个5单元电堆的开路电压达到6.0 V,平均开路电压1.2 V,电堆1热循环前后在35 A(0.56 A/cm²)条件下输出功率为运行无衰减,电堆2在27 A(电流密度0.43 A/cm²)进行恒流放电,运行300 h较为稳定。     

季铵型多孔超交联离子聚合物催化二氧化碳环加成合成环状碳酸酯

以双(三苯基膦)氯化铵为单体，通过傅-克烷基化反应制备一种季铵型多孔超交联离子聚合物(QA-PHIP)。采用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和N₂吸附-脱附等对QA-PHIP进行表征。结果表明，QA-PHIP的比表面积为903.7 m²·g^-1,在0.1 MPa和0℃条件下CO₂的吸附量为52.1 cm³·g^-1。将QA-PHIP应用于催化CO₂与环氧化物合成环状碳酸酯的反应，考察反应温度和催化剂用量等因素对催化性能的影响。QA-PHIP表现出良好的催化性能，在120℃和1.0 MPa条件下反应12 h,可获得99.6%的环氧氯丙烷转化率和97.3%的氯甲基二氧杂戊环酮收率。QA-PHIP表现出良好的底物扩展性和重复使用性。     

高屏蔽耐温酚醛环氧重防腐涂料的制备及性能研究

针对大型海水淡化关键设备制造成本高、防腐期效短等问题,基于金属表面屏蔽阻隔原理,采用酚醛改性环氧树脂和改性聚酰胺为基料,以氧化铁红、硫酸钡、片状填料等为防腐填料,获得应用于新型低合金耐蚀钢或碳钢基材表面的高屏蔽耐温酚醛环氧重防腐涂料。实验结果表明：该涂料吸水率 1. 2%,抗氯离子渗透性 0. 9×10^-3 mg/cm²·d,柔韧性 1 mm,耐冲击性 50 cm,耐 88 ℃海水浸泡 6 000 h,耐盐雾 10 000 h,涂层耐阴极剥离性能测试被剥离涂层距人造漏涂孔外缘平均距离为 4. 5 mm,经 33 d 88 ℃海水浸泡 0. 01 Hz低频阻抗（ |Z|_{0. 01 Hz}）条件下该涂层电化学交流阻抗值由 8. 28×10¹⁰ Ω·cm²降为 1. 18×10⁸ Ω·cm²,且曲线平滑,说明该涂层具备优异的防腐性能。     

卤离子调控的镍钴基电极材料生长及电容影响研究

超级电容器是很有发展潜力的电化学储能器件,其性能主要取决于电极材料。利用水热法,通过改变加入的卤离子（F^-、Cl^-、Br^-）种类,可以简便地对镍钴（NiCo）基超级电容器电极材料的形貌、物相以及化学组成进行调控。由X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等表征结果可知,F^- 诱导生成纳米片支撑纳米线阵列,成分为稳定的NiCo LDH结构;Cl^-/Br^- 诱导生成纳米线,成分为碱式碳酸钴。从电化学测试结果可知,形貌和晶型对电化学性能有显著的影响。其中Cl^- 调控的电极在120 ℃下反应3 h时,其形貌为纳米线,晶型偏向无定形,此时性能最优;在2 mA/cm²电流密度下不仅具有最大的面积比电容2 940 mF/cm²,且该电极与负极活性炭组装的器件具有1.8 V的大电压窗口和优异的循环稳定性。     

复合阳极Ni-Fe/Ce0.9Gd0.1O1.95在阴极支撑单电池的性能及其表征

为了提高固体氧化物燃料电池在中温条件下的电性能,探索了一种双金属阳极的阴极支撑单电池。单电池以La_0.6Sr_0.4CoO₃（LSC）-Ce_0.9Gd_0.1O_1.95（GDC）为阴极支撑体,旋涂了甘氨酸-硝酸盐法制备的La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ（LSGM）电解质及Sm_0.2Ce_0.8O_1.9（SDC）缓冲层,涂覆了由硬模板法和浸渍法结合制备的Ni-Fe/GDC双金属阳极。对制备材料进行了XRD和微观形貌分析,单电池电化学测试在800 ℃和750 ℃下,以氢气为燃料的最大功率密度达0.73 W/cm²和0.64 W/cm²,以甲烷为燃料时达0.41 W/cm²和0.40 W/cm²。测试后的SEM表明,阳极具有多孔的微观结构,金属颗粒均匀包覆蠕虫状GDC,保证了单电池具有较高的发电性能。     

磷酸法玉米秸秆基活性炭的制备及其表征

以成型、烘焙处理后的玉米秸秆为原料,磷酸作为活化剂制备了玉米秸秆基活性炭,并对活性炭样品进行表征。同时以碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率为指标测定其吸附性能,并对制备条件进行优化。实验结果表明：玉米秸秆制备活性炭的最佳工艺条件为浸渍比即m(55%H₃PO₄)∶m(玉米秸秆)为4∶1、活化温度400 ℃、活化时间100 min,此条件下活性炭的得率为47.78%,制得的活性炭具有良好的吸附性能,碘吸附值、亚甲基蓝吸附值及焦糖脱色率分别达到864 mg/g、210 mg/g和100%。活性炭比表面积可达1 105 m²/g,总孔容积为0.745 cm³/g,微孔孔容为0.287 cm³/g,中孔孔容为0.354 cm³/g,孔径分布集中于5 nm以内,约占73.56%,平均孔径为2.697 nm。FT-IR分析显示：在活化过程中磷酸与玉米秸秆发生交联作用,生成的活性炭损失了玉米秸秆的部分官能团。     

锂-氧气电池用泡桐木衍生三维自支撑Co、N、S共掺杂多孔炭

正极是锂-氧气（Li-O₂）电池的电化学反应场所，其直接决定了电池性能。本研究采用泡桐木为原材料，在NaCl/CoCl₂混合熔融盐介质中，以三聚氰胺和硫脲为氮源和硫源，一步热解炭化制备出Co、N、S共掺杂的三维自支撑多孔炭材料（wd-NSC），并直接用作Li-O₂电池正极。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、氮气吸脱附、拉曼光谱、X射线光电子能谱等对所获三维自支撑多孔炭材料的形貌、晶体结构与化学成分进行了表征。研究结果表明，Co、N、S共掺杂的三维自支撑多孔炭材料表现出高比容量（在0.05mA/cm²的电流密度下，放电比容量可达12.83mA·h/cm²）和出色的循环稳定性（在电流密度为0.1mA/cm²和限定容量为0.5mA·h/cm²下，循环寿命可达125次），优异的电池性能可归因于三维分级多孔结构及Co、N、S共掺杂的协同作用。     

LSC纳米棒填充LSM-SSZ复合阴极制备及其表征

采用浸渍-原位水热合成法成功将La_0.6Sr_0.4CoO₃（LSC）纳米棒引入到多孔的LSM-YSZ复合阴极中。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别对样品的物相结构、微观形貌进行了表征,通过对称电池电化学阻抗谱研究LSC纳米棒引入对阴极电性能的影响。LSC纳米棒的引入改善了LSM-YSZ阴极的性能。LSM-YSZ-LSC（纳米棒）阴极阻抗在700℃为0.39Ω·cm²,而LSM-YSZ-LSC（纳米颗粒）阴极和LSM-YSZ阴极分别为1.28Ω·cm²和1.7Ω·cm²。这主要是由于LSC纳米棒覆盖LSM-SSZ表面,形成网络连接,提供更多的氧还原反应位点。