硫包覆改性磷酸铁锂材料的性能研究

锂硫电池因其较高的理论比容量受到广泛关注,实验采用硫包覆改性磷酸铁锂,以期兼顾两者的优点。硫包覆改性处理的磷酸铁锂材料LFP-0.05S与初始磷酸铁锂材料LFP相比,形貌相近,均为100～300 nm一次颗粒。在碳酸酯类电解液和醚类电解液中,LFP的放电比容量均为160 mAh/g。在醚类电解液中,LFP-0.05S的放电比容量可以达到190 mAh/g,在3.4 V出现磷酸铁锂的放电平台,在2.4 V和2.1 V出现硫的放电平台。但是LFP-0.05S的循环稳定性较差,循环20圈后,容量保持率为74.9%。     

类球形低硫磷酸铁的制备技术研究

磷酸铁（FePO₄）是锂电池正极材料磷酸铁锂（LiFePO₄）的核心前驱体,FePO₄形貌及硫含量对合成的LiFePO₄材料性能有重要影响。为得到类球形低硫FePO₄产品,在传统液相沉淀法技术基础上做了改进优化,添加十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为形貌助剂提高产品球形度,添加氨水作为配体形成磷酸铁铵配合物改善结晶过程,降低产品硫含量。结果表明：所制备的FePO₄产品硫质量分数低,达到2.6×10 ^-5,形貌为均一的微米类球形颗粒,D₅₀=11.4 μm,振实密度达到1.22 g/cm ³,有望成为制备高压实密度LiFePO₄材料的核心前驱体。     

聚醚砜-聚乙烯吡咯烷酮高温聚合物电解质膜及燃料电池堆性能研究

基于磷酸掺杂聚苯并咪唑膜（PA/PBI）的高温聚合物电解质膜燃料电池具有高的输出功率和优异的稳定性,然而PBI膜昂贵的价格和复杂的制备工艺限制了高温聚合物电解质膜燃料电池的商业化应用。本研究以成本低和制备工艺简单的聚醚砜-聚乙烯吡咯烷酮（PES-PVP）膜的商业化应用为目标,小规模制备了幅宽为40 cm的PES-PVP复合膜,证实了流延法放大制备PES-PVP复合膜的可行性。PES-PVP膜中每个PVP重复单元的吸附量达4.9个磷酸（PA）分子,且在180℃的质子电导率达85 mS·cm^-1。此外,尺寸为165 cm²的PA/PES-PVP高温膜电极在150℃的输出功率达0.19 W·cm^-2@0.6 V,与同尺寸的商业化PA/PBI高温膜电极的输出功率相当,并在近3000 h的寿命测试中展示出良好的稳定性。最后,将PA/PES-PVP高温膜电极（单片有效面积200 cm²）组装高温膜燃料电池短堆,其中基于3片膜电极的短堆展现出良好的电堆启停稳定性;基于20片膜电极电堆的峰值功率达1.15 kW。以上结果表明所制备的PA/PES-PVP是一种性能优良、价格便宜的高温聚合物电解质膜材料,并且基于该膜材料组装的高温聚合物电解质膜电池和电堆性能优异。本研究工作为高温聚合物电解质膜燃料电池关键材料和电堆的国产化提供了研究基础。     

MnO2@ACFF中间层强化高载量硫电极性能稳定性作用

为提高碳材料对聚硫化物的吸附能力,将MnO₂原位化学沉积于活性碳纤维炭毡(ACFF)的碳纤维表面,得到了聚硫化物吸附强化的多孔导电材料(MnO₂@ACFF)。将其作为中间层设置于隔膜和硫电极之间,有效控制了高载量硫电极的聚硫离子穿梭,提高了活性物质利用率和库伦效率,降低了电极极化和电化学反应阻抗,提高了电极循环稳定性,避免了锂硫电池的突然失效。在2 mA/cm²的电流密度下,载硫量为15 mg/cm²的硫电极经过350次充放电循环仍保有430 mA·h/g的比容量。提高硫电极载硫量虽然使电极的循环稳定性下降,但载量为20 mg/cm²和30 mg/cm²的硫电极0.1 C下经过100次循环,仍分别保有736 mA·h/g和446 mA·h/g的比容量,比容量保持率为65%,而且面积比容量和面积比能量也能分别保持64%和42%,高于当前锂离子电池的面积比容量和面积比能量。     

锂-空气电池的高性能空气电极的性能研究

锂-空气电池是比能量最高的二次电池,已成为当今化学电源领域的研究热点。在锂-空气电池的各个组件中,空气电极的设计和制备是进一步提高锂-空气电池性能的关键。以简单的合成方法制备了一种具有高催化活性的镍酸镧（LaNiO₃）催化剂,利用Super P作为催化剂载体制备了一种新型空气电极。实验结果表明,含有LaNiO₃催化剂的锂-空气电池具有良好的充放电性能,放电电压平台为2.59 V,放电容量达到1 109 mAh·g^-1。比较了2种碳材料（Super P和GNS）作为催化剂载体的空气电极对电池充放电性能的影响,发现多孔性的空气电极结构更有利于电池性能的提高。此外,还分析了控制电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）中水含量的必要性。由Super P、LaNiO₃及水含量小于1×10^-5的电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）组装成的锂-空气电池具有良好的循环性能,循环第五圈的容量保持率为96.21%,且不出现电压平台的明显变化。     

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%。     

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。     

多孔纳米碳纤维作为质子交换膜燃料电池微孔层的性能

质子交换膜燃料电池膜电极中的微孔层结构对改善体系的水管理能力,提升膜电极的整体性能发挥重要作用。本文通过静电纺丝和后续热处理的方法制备了多孔纳米碳纤维（PCNF）,并以此构建膜电极的微孔层。与炭黑颗粒作为微孔层呈现出紧密堆积结构不同,由PCNF搭建的微孔层结构疏松呈现三维贯通状。膜电极的发电测试表明,以多孔纳米碳纤维作为微孔层（MPL-PCNF）的膜电极其最大功率密度达70.0mW/cm²,远高于炭黑颗粒为微孔层（MPL-CB）的膜电极（58.1mW/cm²）,而没有微孔层（Ref）结构的膜电极最大功率密度仅为27.7mW/cm²,显示出PCNF作为微孔层材料的明显优势。     

三聚磷酸铁的制备及其防锈和电化学性能初探

通过高温缩合反应合成了三聚磷酸铁(Fe H₂P₃O₁₀·2H₂O),采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)进行了表征,初步研究了其防锈性能,以及作为前驱体所合成的三聚磷酸铁锂正极材料的比容量和库伦效率。结果表明,所合成的三聚磷酸铁颗粒为类球形,粒径约0.5～1μm,防锈性能略优于三聚磷酸铝。三聚磷酸铁锂的比容量为210m Ah·g^-1,明显高于磷酸铁锂的理论比容量(170m Ah·g^-1),库伦效率接近100%,充放电可逆性好。该材料具有优良的防锈性能和电化学性能,具有很好的潜在应用前景。     

木质素基活性炭氮掺杂改性及其电化学性能

以磷酸法木质素基活性炭为原料, 三聚氰胺为氮源、KOH为活化剂, 采用同步掺杂方式制备了氮掺杂活性炭(NAC)。通过BET、XRD、拉曼光谱和XPS表征手段测试了改性后活性炭的结构及其组分, 并通过电化学表征手段, 测试了其作为超级电容器电极材料在几种不同性质电解液中的性能, 初步探究了电解液对电极材料电化学性能的影响机制。实验结果表明: 改性后的活性炭具有丰富的孔结构, 比表面积达到2 332 m²/g, 微孔孔容为1.37 cm³/g, 中孔孔容为0.74 cm³/g, 平均孔径为2.79 nm, 含氮元素7.5%, 其中类石墨型氮(N-Q)结构达到34.6%。丰富的孔结构和氮含量大幅提升了活性炭的电化学性能, 其在水系电解液中展现出了高比电容, 在1 A/g的电流密度下比电容最高可达424 F/g; 在有机系电解液中, 尽管其在1 A/g的电流密度下比电容最高仅为87 F/g, 由于其工作电压窗口更宽(0~2.5 V), 因此具备了更高的能量密度。对结果进行分析, 发现: 活性炭电极材料在水系电解液中的性能主要受电解液水合离子半径影响, 而在有机系电解液中的性能主要受电解液黏度的影响。     

乙醇-水体系3D纳/微米球形磷酸铁的制备与表征

提出了一种在温和条件下制备高振实密度球形磷酸铁的简单方法。制备过程中无需引入碱性物质调节pH和添加其他模板剂,仅以九水合硝酸铁[Fe（NO₃）·9H₂O]和磷酸（H₃PO₄）为原料,在乙醇-水体系中即可制备3D纳/微米球形磷酸铁（记为FPE）。采用扫描电镜（SEM）、激光粒度仪、X射线衍射仪（XRD）、热重-差式扫描量热仪（TG-DSC）、比表面积测试仪（BET）等对制备的磷酸铁进行表征分析。结果显示,制备的磷酸铁具有3D纳/微米球形结构,平均一次粒径为27.2 nm,二次粒径D₅₀为3.75 μm。FPE的组成为二水合磷酸铁（FePO₄·2H₂O）,纯度较高,具有介孔结构,平均孔径为2.75 nm,比表面积为22.41 cm ²/g,同时具有较高的振实密度（1.34 g/cm ³）。3D纳/微米球形磷酸铁制备方法简单,性能优异,以其为前驱体制备的磷酸铁锂（LiFePO₄/C）具有较高的振实密度（1.46 g/cm ³）,在0.2C倍率下的放电比容量为157.9 mA·h/g。     

紊流循环法合成超细磷酸锂及表征

采用共沉淀法在紊流循环方式下制备超细磷酸锂的一种新工艺,探索了氢氧化锂和磷酸在紊流循环釜中制备超细磷酸锂的反应条件,用X射线粉末衍射、激光粒度仪、扫描电镜、比表面及孔隙分析仪及热分析仪对产物的晶体结构、粒度分布、外观形貌、比表面积以及热稳定性进行了表征。结果表明该方法制得的磷酸锂热稳定性好,粒度分布窄（D₅₀=3.25 mm）,比表面积（BET）为13.38 m²·g^-1,为一种分散均匀的超细粉体材料,可望成为一种高活性的锂离子电池正极材料原材料或电解质添加剂。     

电池级磷酸铁的制备及性能

以铁粉和H₃PO₄为原料,采用沉淀法制备了FePO₄,并研究了反应温度、反应时间、过氧化氢加入量对FePO₄性能的影响。利用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、TG/DTA和电感耦合等离子体发射光谱仪等对制备的磷酸铁形貌、晶体结构与化学成分进行了表征。实验结果表明,磷酸铁制备过程的最佳实验条件为：反应温度70℃,反应时间1h,H₂O₂过量10%滴加时间60min。在最佳条件下制备的磷酸铁粒径为1~4μm,结晶度好,纯度高。样品中铁的质量分数为36.37%,磷的质量分数为20.86%,铁磷物质的量比为0.97,均可达到电池级磷酸铁的标准,完全可以满足磷酸铁锂正极材料前体的要求。     

锂离子电池正极材料磷酸钒锂制备方法研究进展

单斜结构的磷酸钒锂[Li₃V₂（PO₄）₃]材料与其他锂离子电池正极材料相比具有较高的工作电压（3.0~4.8 V）、良好的离子迁移率和优良的热稳定性,是一种具有竞争优势和发展前景的大功率锂离子电池正极材料,成为了近年来研究的热点。综述了锂离子电池正极材料磷酸钒锂的结构特点及其充放电机理。磷酸钒锂的常用合成方法有碳热还原法、水热法、溶胶-凝胶法及流变相法等,着重阐述了磷酸钒锂的不同合成方法对所制备样品的形貌和电化学性能的影响。分析总结了不同合成方法的改进方法,以改善磷酸钒锂正极材料电子导电性和锂离子扩散系数较低的问题。最后,针对磷酸钒锂正极材料在锂离子电池的应用中所存在的问题展望了该材料未来可能的发展方向和研究热点。指出需要优化材料的制备方法以改善材料的颗粒形貌、提高电子导电率和扩散系数等,进而改善材料的循环性能、倍率性能和充放电性能等;需要改进制备流程、提高实验的安全性、简化反应流程和减少制备成本等,以实现磷酸钒锂正极材料的工业化应用。     

铝铁电极电絮凝法处理镀镉废水的研究

为了探讨电絮凝法对钢铁厂镀镉废水的处理效果,先对铝铁电极活化预处理后,采用电絮凝法原理对镀镉废水中的镉离子去除净化。系统地分析了铝电极的极化效应,对影响絮凝体的平均粒径、含量、镉离子去除率的因素进行探讨。结果表明：最佳电解时间为70 min,此时絮凝体平均粒径为54 μm,含量为3.80 g/L。铝铁电极的阳极极化效应强于阴极极化效应。当起始pH=4.0、极板间距为20 mm、极板电压为5 V、电流密度为30 mA/cm²时,Cd²⁺初级去除率达到96.8%,三级去除率超过99.9%,废水中Cd²⁺含量达到国家现行电镀污染物排放标准。采用电絮凝法通过铝铁电极处理镀镉废水的实验效果优良。     

提高锂离子电池正极材料LiFePO4电导率的方法

橄榄石型结构的LIFePO<,4>作为一种新型的锂离子电池正极材料,具有材料来源广泛、价格便宜、理论比容量高(约170 mAh/g)、热稳定性好、无吸湿性、对环境友好等优点,近年来引起人们的广泛关注,可望成为新一代首选替代LiCoO<,2>的锂离子二次电池正极材料.分析了锂离子电池正极材料橄榄石型LiFePO<,4>的...     

二氟磷酸锂的制备及电化学性能研究

为探究二氟磷酸锂（LiPO₂F₂）的制备方法及其对锂离子电池性能的影响,尝试以六氟磷酸锂（LiPF₆）和磷酸锂（Li₃PO₄）为原料,采用固相法制备LiPO₂F₂,通过核磁共振（NMR）、X射线衍射（XRD）、离子色谱（IC）对材料做了物相研究和定性检测;通过充放电测试、循环伏安（CV）、电化学阻抗（EIS）研究了材料对电池性能的影响。测试结果表明,以LiPF₆及Li₃PO₄为原料可制得LiPO₂F₂,LiPO₂F₂作为添加剂加入电解液中使得电池电极极化现象有所减弱,电池正负极材料的成膜电阻明显减小,同时提高了电池的循环稳定性及高温存储性能。     

锂电解过程中杂质元素的电化学行为

采用循环伏安法研究了锂电解过程中杂质元素的电化学行为。电解过程中杂质元素镁将优先于锂在阴极析出, 然后是金属锂的欠电位沉积形成镁锂合金, 最后才是金属锂的析出, Mg ²⁺的还原电极过程受扩散控制, 扩散系数为1.44×10 ^-5 cm ²/s;微量的Ca ²⁺即发生钙锂共沉积;在含少量氯化钠的熔盐体系中, 杂质元素钠被锂还原并形成合金, 随着电解质体系中氯化钠含量的增加, 金属锂中的钠含量有较大的增加;杂质元素铁优先于锂在阴极析出, 在阴极被还原成海绵铁使阴极钝化, 引起熔盐体系锂的析出电流急剧降低, Fe ³⁺的还原电极过程受扩散控制, 扩散系数为3.14×10 ^-5 cm ²/s。     

反渗透膜法处理磷酸铁生产废水的零排放工艺研究

以硫酸亚铁为原料生产电池级磷酸铁过程中产生大量的含硫酸根、磷酸根、钠离子的废水。为减少废水排放并使之得到循环利用,采用反渗透膜技术对中试生产电池级磷酸铁的废水处理进行了零排放设计和实验研究,考察了进水压力、进水浓度、温度、pH等因素对硫酸根和磷酸根的截留率、膜通量和产水率的影响。实验结果表明所采用的反渗透膜对硫酸根、磷酸根的截留率达99.15%以上,进水压力、进水浓度、温度、pH等因素对截留率影响较小,但对膜通量和产水率影响较大。截留率随着进水压力的增加略有增加,随进水浓度增加和温度的升高而略有减小,膜通量和产水率随进水压力和温度的升高而增大,随进水浓度的增大而减小,pH=6.5时截留率、膜通量和产水率最高。同时采用生产废水制备了硫酸钙晶须,实现了废水零排放。