碳纳米管制备石墨烯片及其储锂性能研究

用多壁碳纳米管作为起始原料,通过化学氧化、离心分离、高温膨胀和超声剥离等步骤制备了石墨烯片。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对石墨烯片的形貌和结构进行分析。通过恒流充放电和交流阻抗测试研究了石墨烯片作为锂离子电池负极材料的储锂性能。结果表明,石墨烯片在50mA/g的电流密度下,首次可逆比容量为859mAh/g,经过50次循环后比容量仍保持在410mAh/g,远高于碳纳米管(217mAh/g),表明石墨烯片具有优异的储锂性能。     

莴笋叶制备多孔碳材料的优化设计及储锂性能EI北大核心CSCD

生物质多孔碳材料作为绿色环保的新能源材料,是近年来研究的热点。通过探讨不同工艺条件(烧结温度、活化剂以及原料与活化剂质量比)下制备的莴笋叶多孔碳材料(简写为LLs-温度-比例-活化剂)的储锂性能,优化了工艺条件。结果显示,每种材料均可见两个宽且弱的XRD衍射峰,分别在2θ=22°~26°和2θ≈43°,对应晶面(002)和(101),表明材料为有一定石墨化程度的无定形碳。另外,LLs-800-4R-K的首次放电比容量为674.5 mAh/g,循环200周次后的比容量为209.6 mAh/g,能量密度为146.8 Wh/kg,具有良好的循环性能和较高的比容量。从而得到最优工艺条件:烧结温度800℃、活化剂KOH、原料与活化剂质量比1∶4。     

硬脂酸锌热解ZnO@C复合材料的储锂性能

ZnO作为锂离子电池负极材料存在循环稳定性和倍率性能不理想的问题.为了提升ZnO的储锂性能,科研工作者尝试对其进行改性研究,包括结构优化和材料复合改性,但通常存在制备过程较复杂的问题.本实验采用简单的高温热解法,利用硬脂酸锌为前驱体,通过在惰性气氛中高温热解,直接制备了氧化锌@三维网状碳复合材料(ZnO@C).随后,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、热重分析仪(TGA)等表征方法对该复合材料进行物性表征,并探讨其原位生长过程.作为锂离子电池负极材料,ZnO@C表现出较好的循环稳定性和倍率性能,当电流密度为100 mA/g时,60次循环后其仍具有369 mAh/g的可逆容量.ZnO@C较好的储锂性能主要归因于其独特的结构,穿插于ZnO颗粒中的三维网状碳不仅能增强材料的导电性,提升电极倍率性能,同时,ZnO颗粒与碳之间的空隙也可有效缓解ZnO在充放电过程中因体积膨胀/收缩而带来的电极材料粉化问题,改善电极循环稳定性.     

新型陶瓷基复合超疏水涂层的制备及其性能

为了研究开发新型超疏水涂层的制备方法,改善涂层的结构与性能,以Al₂O₃-40%TiO₂(AT40)、PFA(全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)粉末为原始材料,采用大气等离子喷涂(APS)技术,并调整电流、氩气流量等喷涂参数,在铝合金基体表面制备了两种不同的AT40/PFA复合超疏水涂层。利用相对应的测试仪器及分析手段对喷涂态涂层的相组成、显微结构、摩擦系数及基本性能等进行了表征分析。结果表明,两种涂层的相组成均为C₂₀F₄₂、Al₂TiO₅及少量的γ-Al₂O₃、α-Al₂O₃相;涂层表面均为圆形和椭圆形的粒状突起结构,其中突起结构的表面均存在类似荷叶表面结构的二元微纳米乳突结构,其表面粗糙度为9.3 μm和12.41 μm;所得涂层具有良好的综合性能,与水的静态接触角均达到了150°以上,滚动角为4~5°;在其他参数不变的情况下,随着电流的增大及氩气流量的减小,涂层中的陶瓷相含量增加,涂层的粗糙度、摩擦系数、显微硬度及结合强度均增大。     

化学镀镍基金刚石复合材料涂层的制备与性能研究

研究了化学镀镍基金刚石复合材料涂层的制备工艺与性能,金刚石在镀膜液中的添加量为１５－２５ｇ／Ｌ,涂层的沉积速率比较高,金刚石散分布于基体之中,随着体积分数的增加,基体的强化效果愈加显著,比镍磷合金,硬铬镀层和表面淬火处理的４５钢,具有更高的耐磨损性能。     

MoS2@GO三维絮状结构的制备及电化学储锂性能

以改良Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),通过水热以及热处理制备了MoS_2@GO复合材料,探讨了MoS_2与GO物质的量比对复合材料结构、电化学性能的影响。结果表明,当MoS2与GO的物质的量比为1∶1时,所得复合材料呈现三维絮状结构并具有良好的电化学性能。其作为锂离子电池负极材料,在0.1A/g电流密度下,50次循环后放电比容量仍有879mAh/g,容量基本没有衰减。在2A/g的高电流密度下还能保持530mAh/g,当电流密度从2A/g恢复到0.1A/g,循环容量能恢复到0.1A/g时的水平,表现出优异的倍率性能。     

聚席夫碱/碳纳米管复合材料的制备及储锂性能

为解决席夫碱单体在锂离子电池应用中因活性物质溶解而导致的容量降低问题,以对苯二甲醛和对苯二胺为原料,采用一步缩合法制备以C ?N键连接的聚席夫碱(PI).向PI中掺入碳纳米管(CNTs),进一步制备导电性能较强的聚席夫碱/碳纳米管(PI/CNT)复合材料.采用 FT-IR,SEM,XRD,TG,XPS及电化学工作站对制备的聚席夫碱材料的成分、结构、微观形貌及电化学性能进行分析.结果表明:加入 5 %CNTs(质量分数)的PI/CNT-3 材料为三维框架结构,表现出优异的电化学性能.PI/CNT-3 材料首次放电比容量为 209.9 mAh·g－1 ,200 次循环后,循环保持率为 60.5%;当充放电倍率分别为0.1 C,0.2 C,0.5 C,1 C,0.1 C 时,PI/CNT-3 电极材料的比容量分别为 182.4,150.8,129.8, 101.3,156.4 mAh·g－1 ,具有良好的循环稳定性和倍率性能.     

稻壳制备硅/碳复合材料及储锂性能

作为一种储量丰富的农业废弃物,稻壳的高附加值利用具有重要意义。以稻壳为原料,通过空气氧化、镁热还原和酸浸得到硅/碳复合材料,探讨了复合材料的组成结构以及作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:硅/碳复合材料中的硅为晶体纳米颗粒,分布在无定形炭基质中;稻壳的氧化增加了硅/碳复合材料中硅的含量和复合材料的比表面积,从而增加了复合材料的容量,但首次库伦效率较低;硅/碳复合材料中的碳可以抑制硅的体积变化,改善循环性能。含碳8%的硅/碳复合材料,首次充电容量758.5mAh/g,30次循环后充电容量保持率为78.7%。     

废头发衍生的硫掺杂碳负极材料的储锂性能

理发店每天都会产生大量主要成分为角蛋白、含有氮、碳、硫和氧等元素的废弃头发,它是一种良好的生物质碳前体,将其直接掩埋或焚烧会造成资源浪费及环境污染.本研究通过碳化反应从废弃头发中提取出硫掺杂碳材料,并考察该材料的形貌、微观结构及储锂性能.研究结果表明,硫掺杂碳为无定型结构,由粒径不等的微/纳颗粒组成;在电流密度0.5 A·g-1充/放电时,电极的可逆容量稳定在376.7 mAh·g-1,且在1.0 A·g-1循环充/放电500圈时的可逆储锂容量为216.6 mAh·g-1;锂离子扩散系数为4.5×10-7 cm2·s-1,高于相关文献报道的结果.该研究结果对废弃头发回收利用有积极的推动作用.     

碳纳米管的电化学贮锂性能研究

以纳米镍粉为催化剂,热分解法制备了碳纳米管.应用X射线衍射对碳纳米管的结构进行了研究,透射电子显微镜观察了碳纳米管的形貌.碳纳米管的直径在15nm左右,长>100nm,d₀₀₂为0.338nm.在结构上,纳米碳管具有与石墨类似的良好规整性,具有较高的可石墨化度,又具有纳米级的孔径,因此具有良好的贮锂性能.对碳纳米管的充放电性能研究结果表明,碳纳米管初始放电比容量为654mAh/g,高于纯石墨的理论容量372mAh/g,循环性能较好.     

Hierarchical Interconnected Expanded Graphitic Ribbons Embedded with Amorphous Carbon: An Advanced Carbon Nanostructure for Superior Lithium and Sodium Storage

Carbon materials have attracted considerable attention as anodes for lithium‐ion and sodium‐ion batteries due to their low cost and environmental friendliness. This work reports an advanced carbon nanostructure that takes advantage of the chelation effect of glucose and metal ions, which ensures the uniform dispersion of metal in the precursor. Thus, an effective catalytic conversion from sp³ to sp² carbon occurs, enabling simultaneously formation of pores with catalyzed graphitic structures. Due to the low carbonization temperature and short carbonization time as well as the different catalytic degree of various metals, a series of expanded graphitic layers from 0.34 to 0.44 nm with defects and amorphous carbon structure are obtained. The structure not only offers accessible graphitic spacings for reversible lithium/sodium ion insertion, but also provides abundant active sites for lithium/sodium ion adsorption in the defects and amorphous structure. Moreover, the hierarchical interconnected porous structure combining graphitic ribbons is beneficial for fast electronic/ionic transport and favorable electrolyte permeation. More importantly, such advanced carbon materials prove their feasibility for balancing the pore structure and degree of graphitization. When serving as the electrode material for lithium‐ion and sodium‐ion batteries, excellent electrochemical performance along with fast kinetics and long cycle life is achieved.     

纳米二氧化锡/三维大孔石墨烯复合电极的制备及其储锂性能的研究

以维生素C(VC)为还原剂,通过溶剂热还原法制备了纳米二氧化锡/三维大孔石墨烯复合负极材料(SnO_2/3DGr)。SEM和TEM测试表明,SnO_2/3DGr具有均匀分布的微米级孔隙,其中SnO_2晶粒尺寸为6~8nm,且均匀分布在石墨烯片层表面。电化学测试表明所制备的SnO_2/3DGr复合电极材料具有优异的电化学性能,该材料在电流密度为100mA/g时,循环100周之后仍然具有1678mAh/g的可逆比容量,在极高电流密度5A/g下,仍然保持405mAh/g的可逆比容量,表现出非常优异的循环稳定性和倍率性能。该材料独特的三维大孔结构以及SnO_2与石墨烯的协同作用,很好地抑制了SnO_2在循环过程中的体积效应,大大改善了SnO_2负极材料的电化学性能。     

3D Graphene Networks Encapsulated with Ultrathin SnS Nanosheets@Hollow Mesoporous Carbon Spheres Nanocomposite with Pseudocapacitance‐Enhanced Lithium and Sodium Storage Kinetics

The lithium and sodium storage performances of SnS anode often undergo rapid capacity decay and poor rate capability owing to its huge volume fluctuation and structural instability upon the repeated charge/discharge processes. Herein, a novel and versatile method is described for in situ synthesis of ultrathin SnS nanosheets inside and outside hollow mesoporous carbon spheres crosslinked reduced graphene oxide networks. Thus, 3D honeycomb‐like network architecture is formed. Systematic electrochemical studies manifest that this nanocomposite as anode material for lithium‐ion batteries delivers a high charge capacity of 1027 mAh g^?1 at 0.2 A g^?1 after 100 cycles. Meanwhile, the as‐developed nanocomposite still retains a charge capacity of 524 mAh g^?1 at 0.1 A g^?1 after 100 cycles for sodium‐ion batteries. In addition, the electrochemical kinetics analysis verifies the basic principles of enhanced rate capacity. The appealing electrochemical performance for both lithium‐ion batteries and sodium‐ion batteries can be mainly related to the porous 3D interconnected architecture, in which the nanoscale SnS nanosheets not only offer decreased ion diffusion pathways and fast Li⁺/Na⁺ transport kinetics, but also the 3D interconnected conductive networks constructed from the hollow mesoporous carbon spheres and reduced graphene oxide enhance the conductivity and ensure the structural integrity.     

一步水热法制备纳米SnO2@C复合材料及其储锂性能研究

以两种糖类化合物(葡萄糖与水溶性淀粉)为碳源，以SnCl₄.5H₂O为锡源用一步水热法制备了SnO₂@C复合物。使用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、N₂吸脱附法和透射电镜(TEM)表征其组成和微观结构，并采用恒电流充放电测试、循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)表征其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明，糖类前驱体衍生的热解炭和直径为4~5 nm的SnO₂纳米点生成了稳定的复合结构，炭基体的缓冲作用和材料纳米化缓解了SnO₂的体积膨胀效应，使材料的结构稳定性和电化学性能提高。由于葡萄糖热解炭的有序度比淀粉热解炭更高，这组试样具有更好的循环性能和倍率性能，在2 A/g大电流密度下其比容量高于400 mAh/g。