柔性多功能Fe2O3/CC正极宿主实现高效吸附与催化多硫化物的锂硫电池

锂硫电池因其高能量密度和低成本而成为最有发展前景的电化学储能器件之一。然而,多硫化物的“穿梭效应”、硫导电率低是锂硫电池商业化面临的主要挑战。本工作中,以Fe(NO)₃·9H₂O为铁源,NH₄F为表面活性剂,通过简单的水热及煅烧处理制备了Fe₂O₃纳米棒修饰炭布(CC)的柔性Fe₂O₃/CC复合材料。其中,Fe₂O₃中介孔的存在有利于电解质的渗透和充放电过程中锂离子的传输和扩散,同时其密集阵列暴露出的丰富活性位点可以实现多硫化物的高效吸附和快速转化,降低多硫化物的穿梭效应。电化学分析显示：Fe₂O₃/CC正极在0.1 C(1 C=1 672 mA g^-1)的电流密度下具有1 250 mAh g^-1的高放电比容量,经100圈循环后比容量保持在789 mAh g^-1。在2 C的倍率下循环...     

杨梅状碳包覆四氧化三铁复合材料的制备及锂离子电池负极性能

Fe₃O₄被认为是一种储锂性能优异的锂离子电池负极材料,但目前仍存在导电性差和充放电过程体积膨胀问题。文中以L-精氨酸、对苯二甲醛和九水硝酸铁为原料,通过溶剂热反应得到铁离子掺杂L-精氨酸聚合物(W-Fe₃O₄@NC precursors),随后高温热解制备了杨梅状碳包覆四氧化三铁(W-Fe₃O₄@NC)复合负极材料。对W-Fe₃O₄@NC的形貌、表面化学结构、孔隙率和在锂离子电池负极中的电化学性能进行了表征。结果表明,得益于独特的杨梅状形貌、有益的氮掺杂、高度分散的Fe₃O₄纳米微粒和均匀的碳包覆,W-Fe₃O₄@NC在1 A/g电流密度下循环800圈后比容量高达815.1 m Ah/g,在5 A/g的大电流密度下,比容量仍保持在232 mAh/g,循环稳定性和倍率性能显著优于纯碳材料(NC)和市售Fe₃     

原位电化学改性的预插层钒青铜水系锌离子电池正极材料（英文）

钒青铜是一种极具潜力的水系锌离子电池正极材料.然而,传统的单离子预插层V₂O₅材料由于自身结构的限制和储锌过程中发生不可逆的相变使其储锌能力接近上限.本文采用原位阴极氧化法将准层状材料Ca V₄O₉在特定的电解液中将双离子(Ca²⁺, Zn²⁺)引入δ-V₂O₅晶体骨架中,形成超薄钒青铜材料Ca_0.12Zn_0.12V₂O₅·n H₂O.该材料表现出超高的能量密度(366 W h kg^-1)和功率密度(6627 W kg^-1),并在大电流10 A g^-1下循环3000圈后可逆比容量仍高达205 m A h g^-1.通过多种原位/非原位表征,系统地揭示了材料与Ca²⁺电解液添加剂的协同作用,使结构、电...     

一步合成Mn3O4@RGO复合材料及其非对称超级电容器的应用

在乙醇胺和水组成的混合溶剂中, Mn(Ac)₂与氧化石墨烯一步反应得到还原石墨烯(RGO)与黑锰矿纳米颗粒(Mn₃O₄)组成的复合材料Mn₃O₄@RGO。以Mn₃O₄@RGO为正极, RGO为负极, 组装得到了具有优良储能性能的非对称型超级电容器Mn₃O₄@RGO//RGO。基于活性物质的总质量, 电容器的最大能量密度可达21.7 Wh/kg, 相应的功率密度为0.5 kW/kg; 同时, 最大功率密度为8 kW/kg时, 对应的能量密度为11.1 Wh/kg。Mn₃O₄@RGO//RGO还表现出良好的循环稳定性, 在经历5000次循环后, 比电容依然保持88.4%。电容器的良好储能性能可归因于在RGO表面生长的高密度Mn₃O₄纳米颗粒和RGO的良好导电性能。     

具有异质结构的多功能氧化石墨烯改性纳米纤维膜(ZnS-CoS@GO@CNFs)用于长期稳定的钾离子储存（英文）

过渡金属硫化物作为钾离子电池的高理论容量阳极,由于其电导率低、循环过程体积膨胀大,导致其倍率性能和循环稳定性较差.本文采用氧化石墨烯(GO)来控制纳米颗粒在纤维中的粒径和分布,以提高复合纤维的导电性和拉伸变形.此外,由异质结构和氧化石墨烯组成的三维导电碳网络(ZnS-CoS@GO@CNFs)可以加速钾离子储存的动力学并稳定钾离子储存.作为钾离子电池的阳极材料,该复合材料在3 A g^-1下具有210 mA h g^-1的优异倍率性能.在2 A g^-1的大电流下经历2800次循环后仍表现出171 mA h g^-1的容量,容量保持率为97.7%.此外,当纳米纤维膜用作自支撑阳极时,仍然可以保持稳定的容量输出(在0.1 A g^-1下100次循环后容量为302 mA h g^-1).由钾离子混合电容器组装的可折叠袋状电池在多角度重复弯曲和最终恢复的情况下仍然可以安全地工作,并且可以提供大的能量密度(134 W h kg^-1)和功率密度(5815 W...     

高电压氟磷酸钠钒纳米棒阵列实现高性能柔性钠离子电池（英文）

柔性钠离子电池(SIBs)在便携式和可穿戴设备中具有巨大的应用潜力,因为它们在特定情况下具有适用性和价格优势.在正极材料中,磷酸盐电极材料具有结构稳定性好、工作电位高和寿命长的优点.然而,由于对制造要求苛刻,反应复杂,以及柔性基材的缺失等问题,柔性磷酸盐电极材料的设计仍然是一个巨大的挑战.在此,我们报道了在柔性多孔碳纳米纤维上垂直生长的VO₂纳米片原位转化为三维氟磷酸钒钠纳米棒阵列(PCNF@NVOPF NR).PCNF@NVOPF NR实现了兼具柔性与高压正极电极的特点,并具有长期循环稳定性(4500次循环后容量保持率为87.6%).阵列结构可以确保快速的钠反应动力学和低界面电阻.此外,PCNF@NVOPF NR//PCNF@VO₂ NS@C钠离子全电池表现出高能量和功率密度(220.5 W h kg^-1和9400 W kg^-1).这种用于柔性正极的材料设计策略可促进实用钠离子电池的商业化.     

自组装多功能Fe3O4分级微球:高效的锂离子电池材料和加氢催化剂

本论文发展了一种简单、低成本的一步"同步还原-自组装(SRSA)"水热法并制备了自组装Fe₃O₄分级结构的微球(Fe₃O₄HMSs).在合成过程中,仅使用甘油、水和铁氰化钾作为反应物,而无需任何其他还原剂、表面活性剂或添加剂即可获得自组装Fe₃O₄HMSs.其中,K3[Fe(CN)6]和甘油是合成自组装Fe₃O₄HMSs的两个重要因素.自组装Fe₃O₄HMSs可以作为高性能的锂离子存储材料,在0.5Ag^-1的电流密度下,经过270次循环后比容量大于1000 mA hg^-1.进一步充电和放电结果表明自组装Fe₃O₄HMSs表现出良好的可逆性能(放电比容量维持在1000mA h g^-1以上)和循环稳定性(700次循环).此外,作为多功能材料,自组装Fe₃O₄HMSs的饱和磁化强度达到99.5 emu g^-1,其可以进一步作为高效、磁性可回收的催化剂用于高效的硝基化合物加氢反应.     

氮掺杂冰粉基碳包覆Fe3O4及其储锂性能研究

碳包覆策略是能有效解决锂离子电池负极用过渡金属氧化物(TMO)材料在充放电过程中体积膨胀/收缩造成的粉化难题的一种有效途径。采用生物基可食用冰粉作为碳源与草酸高铁铵的水凝胶作为前驱物,经一步高温热解制备氮掺杂的冰粉基碳包覆Fe₃O₄,采用XRD、SEM、TEM、XPS、TGA、拉曼光谱、恒电流充放电测试、循环伏安和电化学阻抗谱等方法对样品的形貌、结构和电化学性能进行研究。结果表明,该方法可快速大量制备氮掺杂碳包覆Fe₃O₄多孔复合材料(N-C@Fe₃O₄),通过调整原料配比和热处理条件,获得优异的电化学性能。N-C@Fe₃O₄-5作为锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性(在0.1 A/g电流密度下循环下80圈保持762.74 mAh/g比容量)和较高的倍率性能。相关机理研究表明N-C@Fe₃O₄复合材料良好倍率性能主要来源于赝电容容量的贡献。复合材料优异的电化学性能是...     

具有双离子吸附的多级结构氮掺杂碳球助力超高倍率及稳定的锌离子超级电容器（英文）

尽管高能量水系锌离子超级电容器(ZHSCs)的研究取得了重要的进展,但缓慢的锌离子扩散及不理想的阴极材料仍然限制了其能量密度和循环寿命.在本文中,我们设计了具有合适的孔径分布及优异的锌离子储存能力的氮掺杂分级碳球(NMCSs).组装的ZHSCs在0.2 A g^-1的电流密度下,表现出优异的电容量(157.8 m A h g^-1)及能量密度(126.2 W h kg^-1),具有卓越的功率密度(39.9 kW kg^-1).此外, ZHSCs表现出了超长的循环稳定性,在50,000次循环测试后仍能保持96.2%的初始电容量.此外,我们设计了一种新型的平面ZHSCs,表现出优异的低温电化学性能,超高的体积能量密度(31.6 mW h cm-3)和极佳的集成性能.通过原位/非原位表征,系统地揭示了NMCSs电极优异的电化学性能主要来源于阳离子和阴离子的协同吸附以及NMCSs的可逆化学吸附作用机理.本工作不仅为新型高性能ZHSCs的构建和开发提供了新思路,也为进一步理解ZHSCs的电化学储能机理提供了依据.     

具有O–Fe–Se配位键的半共格异质界面工程提高电池型超级电容器阳极的容量和倍率（英文）

低容量和低倍率限制了电池型超级电容阳极材料的大规模应用.本文通过构建一种具有半共格异质界面特性的Fe₂O₃/FeSe₂纳米结构作为先进的阳极材料来解决这一瓶颈.系列表征和第一性原理计算表明,这种特殊的异质界面不仅能自发产生较强的内建电场,从而提高电子传递速率和OH^-离子的吸附能力;还可使得活性物质与OH^-之间发生更多的氧化还原反应,并且使该反应体系更容易进行.基于上述优势,所制备出的阳极材料的最大比容量为199.2 mA h g^-1(1 A g^-1),并且在10 A g^-1下仍能保持105.8 mA h g^-1,同时,经历5000次循环后,其比容量可维持初始值的90.2%.此外,以Fe₂O₃/FeSe₂作为阳极组装的非对称超级电容器在0.8 kW kg-1时的能量密度为52.55 Wh kg^-1,即使经历...     

分子辅助制备富含高价态Co3+的三维蜂窝状钴硫化物网络结构用于高性能固态不对称超级电容器

过渡金属氧化态调控工程是一种很有前景的改善电极材料的氧化还原活性、增加活性位点的策略.本文提出了一种简单的三乙醇胺辅助自模板法,制备了一种由交错钴硫化物纳米片(Co_xS_y-T NSs)组装而成的独特的三维蜂窝状网络结构.有趣的是,我们首次发现在该体系中,三乙醇胺可以有效地增加目标产物中的高价态Co³⁺的比例.Co_xS_y-T NSs电极具有高含量的Co³⁺和三维网络结构,使得其在5 A g^-1的电流密度下表现出351 mA h g^-1(2635 F g^-1)的最大比容量和优异的循环稳定性.此外,由Co_xS_y-T NSs和活性炭(AC)电极组装的固态不对称超级电容器在0.81 kW kg^-1功率密度下展现出81.62 W h kg^-1的高能量密度和卓越的长周期循环稳定性,7000次循环后仍有96.2%的容量保持率.该结果证明同时调控高价态的金属物种并构筑三维网络结构是一种简单而有效的制备用于能源存储与转换的高活性电极材料的策略.     

NiS/Ni3S2@NiWO4纳米阵列用于构造能量密度创新高的全固态混合超级电容器

混合型纳米电极材料的合理设计及合成对于其不同的应用具有重要意义,尤其是对于可用于下一代电动汽车和电子设备供电的高效纳米结构超级电容器(SCs)储能器件.本文报道了一种简便可控合成核-壳Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列的方法,并将其用于混合超级电容器的独立电极.在5 mA cm^-2的条件下,所制备的Ni₃S₂@NiWO₄独立电极表现出高达2032μA h cm^-2的面积容量;即使电流密度增至50 mA cm^-2,其容量保留率仍为63.6%.更重要的是,在功率密度为3.128 mW cm^-2时,该Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列混合超级电容器仍表现出1.283 mW h cm^-2的最大能量密度;而在能量密度为0.753 mW h cm^-2时,该超级电容器表现出的最大功率密度为41.105 mW cm^-2.此外,该混合超级电容器在连续10,000次循环后仍能保持89.6%的原始容量,从而进一步证明其优异的稳定性.本研究为合理设计各种核壳金属纳米结构提供了便捷途径,有助于促进其在高性能储能器件领域的广泛应用.     

M3O4(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体的简易制备及超电容性能研究

高熵氧化物以其独特的结构和潜在的应用前景引起了越来越多的关注。本工作采用简单易行的固相反应法制备了M₃O₄(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体, 采用不同手段对粉体进行表征, 并采用涂覆法制备了 M₃O₄/泡沫镍(M₃O₄/NF)复合电极, 研究其超电容性能。结果表明, 随着煅烧温度升高, Fe₂O₃(H)/Co₃O₄(S)/Cr₂O₃(E)和Mn₂O₃(B)相继固溶进入尖晶石主晶相晶格; 在900 ℃煅烧2 h所得M₃O₄粉体的平均粒径为0.69 μm, 具有单一尖晶石结构(面心立方, Fd-3m, a=0.8376 nm), 且Fe、Co、Cr、Mn和Mg五种元素在晶粒内均匀分布, 呈典型的高熵氧化物特征。此外, M₃O₄/NF复合电极在1 mol/L KOH的电解液中, 当电流密度为1 A·g^-1时, 其质量比电容达到193.7 F·g^-1, 可见M₃O₄高熵氧化物在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。     

一种具有高能量密度、长循环寿命的水基可充电锰酸锂/锌实用电池

本文报道了一种达到实际使用规格的水基可充电锌离子大电池,该电池以锰酸锂为正极材料、锌粉为负极材料,电流10 A时其能量密度可达80 W h kg^-1,成本低于0.4 RMB kg^-1.该电池体系使用一种专门开发的石墨-尼龙复合集流体作为正极集流体,该复合集流体具有耐腐蚀性强、重量轻、价格便宜的特点.通过向电解液中添...     

Fe2O3-石墨烯-碳纳米管复合材料制备条件对载硫性能的影响

锂硫电池是传统锂离子电池最有前途的替代品之一,多硫化物的溶解和导电性差是制约锂硫电池应用的两个重要因素。通过水热法合成了Fe₂O₃-还原氧化石墨烯(RGO)-碳纳米管(CNT)复合载硫材料,并通过调节氨水浓度,实现了复合材料中Fe₂O₃的颗粒尺寸的有效调控,发现小尺寸的Fe₂O₃颗粒具有更好的吸附和催化作用。合成的Fe₂O₃-RGO-CNT-S正极材料在1 C倍率下首次放电容量为1 286 mA·h/g,循环500圈后剩余718 mA·h/g,每圈的容量衰减率为0.08%。在0.2、0.5、1、2和4 C倍率下的平均比容量为983、825、769、673和604 mA·h/g,具有良好的倍率性能。在5 C倍率下循环500次仍剩余527 mA·h/g,具有良好的大电流循环性能。Fe₂O₃-RGO-CNT-S正极材料特别适用于高性能锂硫电池,具有优异的电化学性能主要是由于R...     

LiCoO2/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2混合正极的颗粒级配与电化学性能

通过机械球磨制备不同质量比的LCO/NCA混合正极材料,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征其相结构和微观形貌,研究了这种材料的电化学性能。结果表明,两种正极材料球磨混合后其晶体结构均未改变,但是初始的NCA球形二次颗粒被打散,形成的纳米粒子弥散填充在LCO微米颗粒的孔隙之间,提高了正极材料的涂膜密度和二者之间的接触紧密性。当LCO:NCA=6:4时混合正极材料具有最佳的颗粒级配效果,其首次充放电效率最高,为92.4%;在10 C (1 C=140 mA·g^-1)倍率下的比容量(136 mA·h·g^-1)是0.2 C时的78.0%,出现了明显的协同增强效果;在1 C倍率下循环100次其容量保持率为89.8%,表现出优异的电化学性能。     

四氧化三钴/碳纳米管薄膜的水热合成及其储锂性能

以5-磺基水杨酸和戊二酸为螯合和氧化试剂,在水热条件下将硫酸钴氧化成纳米级Co₃O₄。以碳纳米管薄膜为载体将Co₃O₄颗粒紧密地附着在碳纳米管上使其填充入碳纳米管薄膜的空隙生成Co₃O₄/碳纳米管复合材料薄膜(Co₃O₄@CNTs),并研究其储锂性能。电化学测试结果表明,Co₃O₄@CNTs薄膜具有较高的放电比容量和优异的倍率性能,在0.2C倍率下初始放电比容量高达1712.5 mAh·g^-1,100圈循环后放电比容量为1128.9 mAh·g^-1的;在1C倍率下100圈循环后放电比容量仍然保持527.8 mAh·g^-1。Co₃O₄@CNTs薄膜优异的性能源于Co₃O₄与CNTs的协同作用。高分散性的Co₃O₄增大了活性材料与电解液之间的接触面积,CNTs有助于形成良好的导电网络提高电子电导率,进而提高了Co₃O₄负极材料的循环性能和倍率性能。     

TiO2/C复合材料用于钠离子电池负极的性能研究

近年来,TiO₂作为钠离子电池(NIB)负极材料,因其低成本和高稳定性等优势受到广泛关注。但受TiO₂本征电子导电性的固有限制,使得TiO₂作为NIB负极材料导电性较差,导致其容量和倍率等性能不理想。利用海藻酸钠与金属离子自主交联反应的特性,将反应产物在最佳温度下进行简单碳化,制备了具有分级多孔结构的TiO₂/C复合材料,其中TiO₂纳米颗粒均匀地分布在多孔互连的碳基体中,该结构提升了复合材料导电性的同时扩展了钠离子反应的附着位点。将TiO₂/C复合材料用于NIB负极材料,在100 mA·g^-1的电流密度下循环300圈后,电池可逆比容量维持在180.4 mAh·g^-1;进一步,在更高的1000 mA·g^-1电流密度下经过1000次循环后,电池可逆比容量维持在102.3 mAh·g^-1,充分显示出TiO₂/C复合材料作为NIB负极材料的应用潜能。     

纳米Fe3O4-还原氧化石墨烯复合修饰玻碳电极的制备及电化学检测多巴胺

通过电化学还原法制备纳米Fe₃O₄-还原氧化石墨烯复合修饰玻碳（Fe₃O₄-rGO/GCE）电极,用于多巴胺（DA）的检测。采用SEM、TEM和循环伏安对纳米Fe₃O₄-rGO复合材料进行表征。在pH为7.0的磷酸盐缓冲液（PBS）中,采用循环伏安法研究了DA在纳米Fe₃O₄-rGO/GC上的电化学行为。实验结果表明,较裸GC电极和rGO修饰（rGO/GC）电极,由于纳米Fe₃O₄与rGO的协同作用,纳米Fe₃O₄-rGO/GC显著增大了Fe₃O₄-rGO/GC复合材料电极电化学活性面积和氧化峰电流强度i_pa。DA的浓度在6.0×10^-8~2.0×10^-6 mol/L和2.0×10^-6~8.0×10^-5 mol/L范围内,与氧化峰电流强度i_pa呈良好的线性关系,检出限达4.0×10^-9 mol/L（信噪比S/N=3）。抗坏血酸和尿酸共存物几乎不干扰DA的测定,选择性高。Fe₃O₄-rGO/GC修饰电极用于盐酸DA注射液中的DA含量测定,获得结果较好,回收率为97.1%~103.9%。