SnSe2纳米晶耦合分层多孔碳微球作为长寿命钠离子电池负极材料（英文）

硒化锡用于钠离子电池负极时具有较高的理论比容量且其成本低廉,因而备受关注.然而,由于其固有的低导电性,以及在充放电过程中的缓慢动力学和体积膨胀,硒化锡作为钠离子电池负极材料表现出的性能较差.本文首次合成SnSe2纳米晶耦合分层多孔碳微球(SnSe2NCs/C)用于增强钠离子电池的比容量、倍率能力和持久性.SnSe2NCs/C独特的结构可以有效阻止SnSe2纳米晶的团聚,减轻材料体积膨胀,加快电子和离子的扩散,增大电解液与电极材料的接触面积,提高材料结构的稳定性.所制备的SnSe2NCs/C微球具有较高的可逆比容量(在100 mA g^-1的电流密度下循环100圈后仍保持565 mA hg^-1的比容量),出色的倍率能力和长循环寿命稳定性(在1 Ag^-1的电流密度下循环1000圈后仍保持363 mAhg^-1的比容量).     

大面积磷掺杂碳纳米片:高性能钠离子电池负极材料

正由于来源丰富、成本低廉、无毒且稳定性好,碳材料被认为是钠离子电池最具应用前景的负极材料之一,开发具有高容量、长寿命、低成本的碳材料对促进钠离子电池尽快商业化意义重大。由于钠离子半径较大,用作锂离子电池的传统石墨负极储钠活性差,其不能直接用作钠离子电池负极材料。但研究表明众多无定形碳材料展现出了良好的储钠性能。目前,钠离子电池无定形碳负极材料可逆容量一般在200~300m Ah·g~(-1),由于具有较大的比表面积,副反应较多,导致了     

硫掺杂炭材料在钠离子电池负极中的研究进展

钠离子电池因资源丰富及成本低等优势,在大规模储能领域备受关注。炭材料作为钠离子电池实用化进程中的关键负极材料,具有高容量、低嵌钠平台、易调控且稳定性好等特点,引起了研究者的广泛关注。掺杂原子可改善炭材料的微观与电子结构,是提升储钠性能的有效途径。常见的杂原子包括N、S、O、P、B等,其中硫原子因其较大的半径能显著扩大层间距、增加缺陷与活性位点,被广泛用于炭负极材料的掺杂改性。本文综述了近年来硫掺杂炭材料的设计制备及在钠离子电池负极中的研究进展,分析了硫掺杂对碳结构的调控机理与改善电池性能的作用机制,最后针对目前面临的挑战和可能的解决方案进行了总结和展望,以期推动硫掺杂炭负极材料在钠离子电池中的实用化进程。     

钠离子电池负极用高性能沥青基富硫炭材料（英文）

以中温煤沥青为碳源,升华硫为硫源,经低温和高温两步热处理,成功制备了具有较高硫含量的硫掺杂沥青基炭材料。探究了炭化温度对材料组成、结构及电化学性能的影响。结果表明,随着炭化温度的升高,材料中硫含量明显减少;硫流失的同时,带来炭结构的变化,材料的比表面积和层间距逐渐增大。其中800℃炭化的材料(SC-800)硫含量达到20.19 wt.%,层间距为0.368 nm,在0.1 A/g的电流密度下,储钠首次可逆容量高达482.8 mAh/g;在0.5 A/g和5 A/g的电流密度下,循环500圈和1 000圈后,仍然保持245.9和103.7 mAh/g的比容量。SC-800优异的电化学性能归因于高硫含量、较大的层间距和合适的孔道结构。     

锂硫电池正极用钴掺杂空心多孔碳载体材料（英文）

锂硫电池被认为是新一代低成本、高能量密度的储能系统。但由于硫正极导电性差、穿梭效应严重以及氧化还原反应速率慢,导致电池容量衰减严重,倍率性能较差。本研究以柠檬酸钠为碳源制备了具有三维中空结构的多孔碳材料,并在其骨架上负载钴纳米颗粒后作为硫正极的载体。引入的钴纳米颗粒可有效吸附多硫化物,提升其转化反应的动力学,进而明显改善电池的循环和倍率性能。所得的钴掺杂复合硫正极在0.5C (1C=1672 mAh·g^–1)的倍率下首圈放电比容量高达1280 mAh·g^–1,在1C的倍率下稳定循环200圈后可保持770 mAh·g^–1,并且具有优异的倍率性能,即使在10C的大电流密度下仍可稳定循环。     

氮掺杂炭材料在锂离子电池负极的研究进展（英文）

硬碳、活性炭、碳纳米管（CNTs）、石墨烯、多孔炭和炭纤维等炭材料替代锂离子电池的石墨阳极是目前的研究热点。与石墨相比,这种材料已表现出更好的储锂电化学性能,但仍有待进一步发展空间。其中一种有效的方法是在炭材料结构中加入杂原子（例如氮）,提高其作为锂离子负极时的电化学性能。本综述首先描述了氮掺杂如何对锂离子电池的性能产生积极影响,并举例说明了氮掺杂炭材料的优势。然后,比较了不同N掺杂炭材料中的X射线光电子能谱和扫描隧道显微镜的表征结果,通过统计分析了掺氮量对掺氮碳材料比容量的影响。     

钠离子电池碳基负极材料的研究进展

由于能源资源短缺和环境问题,开发新型储能材料迫在眉睫。锂离子电池应用广泛,但其在地壳中的含量较低,限制了它的发展。钠与锂具有相似的化学性质,可以替代锂成为新一代储能材料。碳基储钠负极材料分为天然石墨、石墨烯、软碳材料和硬碳材料。重点介绍了这些碳材料的定义、存在的问题和解决方案,对碳材料的改性及其在钠离子电池中的应用有一定的指导意义。     

氮掺杂纳米碳管包合铁半限域硫化制备新型锂离子电池负极材料（英文）

锂离子电池的性能高度依赖于负极材料的性能。由于商业石墨受限于较低的理论容量,开发新型炭材料和金属氧化物/硫化物引起越来越多的关注。黄铁矿(Fe S_2)具有较大理论储锂容量(894 mAh g~(-1)),而且环保价廉。为了提高黄铁矿的电导率,改善其充/放电过程中的体积变化,合成了纳米碳管限域黄铁矿复合材料(Fe S_2/N-CNTs)。该材料基于填充有铁纳米线/棒的氮掺杂碳纳米管(Fe/N-CNTs)的独特结构,利用氮掺杂纳米碳管管壁上的缺陷,通过简易的硫化过程,实现了碳管内铁的原位限域硫化转化。所得Fe S_2/N-CNTs复合物中黄铁矿以两种形态存在,一种是由半开放的氮掺杂碳纳米管包裹的Fe S_2纳米线,另一种是Fe S_2纳米颗粒从管腔扩散并附着在碳管外壁上。Fe S_2/N-CNTs复合物作为锂离子电池的负极材料,表现出高放电容量(996 mAh g~(-1)/0. 1 A g~(-1))和良好的倍率性能,且循环性能优良。     

去合金化制备具有高循环稳定性的纳米多孔Sb/MCNT储钠负极材料

为提升Sb基负极材料的储钠循环性能, 通过简单的两步法(机械辅助化学合金化和酸溶解去合金化)制备纳米化和多孔化的去合金锑/多壁碳纳米管(De-Sb/MCNT)复合物, 采用不同方法表征材料的物理化学性质和储钠电化学性能。结果显示, De-Sb/MCNT材料的可逆比容量达到408.6 mAh·g^-1 (200 mA·g^-1), 首周库仑效率为69.2%; 在800 mA·g^-1循环330周后, 容量保持率仍可达88%, 展现出优异的储钠循环性能。这得益于机械辅助化学合金化/酸溶解去合金化对商品化Sb的“预粉化”作用, 促进了材料的纳米化和多孔化, 缓解了充放电过程中的体积膨胀, 实现了高的循环稳定性。这种常温合金化/去合金化的方法为制备循环稳定的储钠合金负极材料提供了新的途径。     

锂/钠离子电池硬碳负极材料的研究进展

随着锂离子电池的发展和钠离子电池的兴起,硬碳材料作为一种新型负极材料,受到了广泛关注。硬碳来源丰富,价格便宜,具有比锂离子电池石墨负极更高的储锂容量和优异的倍率性能,并且是最有商业化潜质的钠离子电池负极材料。然而,硬碳普遍存在电池首周库仑效率低的问题,且对于硬碳的储锂/钠机制仍存在争论,其比容量仍有较大的提升空间。近年来,研究人员围绕硬碳负极材料的电化学机理展开了各种研究和模型假设,针对硬碳负极存在的问题,提出了各种解决策略。本文介绍了硬碳的基本结构和常用的制备方法,并结合硬碳的优势,梳理了硬碳在锂离子电池和钠离子电池中的应用情况,重点介绍了其在快充、包覆等细分领域的应用进展,并分别针对硬碳提升比容量和改善首周库仑效率的需求,归纳了孔结构设计、元素掺杂、优化材料与电解液界面等不同改性策略。     

锂硫电池正极用钴掺杂空心多孔碳载体材料

锂硫电池被认为是新一代低成本、高能量密度的储能系统。但由于硫正极导电性差、穿梭效应严重以及氧化还原反应速率慢, 导致电池容量衰减严重, 倍率性能较差。本研究以柠檬酸钠为碳源制备了具有三维中空结构的多孔碳材料, 并在其骨架上负载钴纳米颗粒后作为硫正极的载体。引入的钴纳米颗粒可有效吸附多硫化物, 提升其转化反应的动力学, 进而明显改善电池的循环和倍率性能。所得的钴掺杂复合硫正极在0.5C (1C=1672 mAh·g^-1)的倍率下首圈放电比容量高达1280 mAh·g^-1, 在1C的倍率下稳定循环200圈后可保持770 mAh·g^-1, 并且具有优异的倍率性能, 即使在10C的大电流密度下仍可稳定循环。     

氮掺杂空心碳纳米球嵌入氮掺杂石墨烯负载钯纳米粒子作为甲酸氧化的高效电催化剂（英文）

低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。     

高吡啶氮含量的氮掺杂蜂窝状碳促进对多硫化物的限制以实现高性能锂硫电池（英文）

提高碳材料中氮的掺杂含量,尤其是吡啶氮的含量,已被证明可以显著提升锂硫(Li-S)电池的性能.尽管在碳材料中氮掺杂具有积极作用,但在实际操作中要实现>5 at.%的高氮掺杂含量仍非易事.此外,无法调节碳材料中特定的氮种类也是研究中的一个难题.在本文中,我们通过在氩气气氛下煅烧预先经过磷化处理的泛酸钙,得到了一种三维蜂窝状的氮(N)掺杂介孔碳(PNMC),其N掺杂含量高达8.82 at.%(吡啶N含量为3.49 at.%).磷掺杂不仅有助于提高N掺杂量,还有助于提升对多硫化物的吸附能力.实验证明,在800℃下制备的PNMC组装的硫正极(S/PNMC-800)表现出优异的电化学性能,在1 C下经过300圈循环后仍有556.7 mA h g^-1放电比容量.本工作提出了一种调控碳材料中吡啶氮含量的简便方法,为用于锂硫电池的多功能硫载体材料的开发提供启发.     

纳米炭材料应用于稳定锌离子电池中锌负极（英文）

水系锌离子电池（ZIBs）由于价格低、安全性好、储能性能优异等优点,在电网和可穿戴设备中具有极大的前景。然而,锌离子电池的锌金属负极并不稳定,例如,锌负极上会形成锌枝晶,同时还会发生析氢反应和其他副反应。这些不稳定的因素阻碍了ZIBs的应用。最近,纳米炭材料因其独特的结构、优异的导电性和良好的稳定性成为优化锌负极的重要材料。这篇综述系统地概述了纳米炭材料用于稳定ZIBs中锌负极的最新进展。总结了纳米炭材料稳定锌负极的4种策略,包括使用炭材料作为基底、保护涂层、电解质添加剂和隔膜改性。最后,指出了纳米炭材料在稳定锌负极方面的挑战和前景。     

高比容量负极/正极材料炭载体在锂/钠离子电池研究进展（英文）

随着对清洁能源需求的不断增加,二次离子电池已成为研究热点,开发具有高比容量的负极/正极材料尤为重要。合金化反应机制的硅、磷、锗、锡负极和硫正极材料存在较高的体积膨胀率,其中磷和硫较差的导电性以及可溶性中间产物的穿梭效应限制了实际应用。沉积/溶解机制的金属负极枝晶问题使其不能单独作为负极材料使用。炭材料由于其来源广泛以及优异的导电性常作为高比容量负极/正极材料的载体。本文从炭载体的比表面积、孔/空结构,电子/离子电导率、界面修饰和表面化学修饰的角度出发,综述了其在硅、磷、锗、锡、金属锂、金属钠负极,以及硫正极中的研究进展。     

碳布基自支撑锂/钠离子电池负极材料的研究进展

随着可卷曲、可折叠、可穿戴及植入式柔性电子设备的出现,柔性自支撑电极材料的研究也备受瞩目。碳布是一种商用机织物,由于其高导电性、多孔网络、大表面积、良好的机械柔韧性和强度,被认为是构建柔性电极的优秀基材。近年来,各种活性物质(如金属单质、金属化合物及其复合物)直接生长或涂敷在碳布表面,当用作锂/钠离子电池负极时,它们表现出优异的机械稳定性和电化学性能。本文综述了这几类碳布基自支撑锂/钠离子电池负极材料的研究现状,重点介绍了碳布基自支撑锂/钠离子电池负极材料中的三个关键问题,具体包括碳布的预活化、活性物质在碳布上的负载形貌及电化学性能的表征,并展望了碳布基自支撑锂/钠离子电池负极材料所面临的挑战和机遇,这对于碳布用作锂/钠离子电池自支撑电极材料基底的研究具有一定的指导意义。     

钠离子电池合金类负极材料的研究进展

钠离子电池由于具有钠资源丰富、价格低廉等特点,逐渐成为大规模储能领域的研究热点。而负极材料作为钠离子电池的重要组成部分,对电池性能有着直接的影响。在目前所研究的负极材料中,合金类负极材料由于具有较高的理论比容量而受到了人们的广泛关注。但是在反应过程中,合金类材料面临着严重的体积膨胀问题,循环稳定性差,这制约了其发展。研究者通过包覆、纳米化、与其他金属复合等方法大大改善了合金类材料的循环性能。简介了合金类储钠负极材料Sn、Sb、P、Ge、Bi、Pb和Si的反应机理及研究进展,探讨了合金类负极材料所面临的问题和解决办法,并对合金类负极材料的发展方向进行了展望。     

钠离子电池Sb基负极材料的研究进展

作为钠离子电池负极材料的一种,Sb基负极材料拥有比碳材料更高的理论比容量和低成本的优势,极具商业化应用前景,受到研究者们的密切关注。尽管Sb金属单质具有安全性能好、合成方便等诸多优点,但该电极材料在反复充放电过程中存在以下问题:(1)较大的体积膨胀,极易引起钠离子的不可逆脱嵌,从而导致充放电效率较低;(2)晶体结构易坍塌,材料粉化严重,从而造成电极材料长周期循环稳定性差,容量大幅衰减。研究者们通过调控Sb金属单质的粒径、形貌和结构等手段,显著改善了其电化学性能。即便如此,仍然无法有效解决Sb金属单质在循环过程中因体积膨胀造成的充放电效率低和容量迅速衰减的问题。为了解决这一问题,人们设计开发了Sb/C复合材料以及Sb基化合物材料。Sb/C复合材料利用碳材料良好的柔韧性、优异的导电性以及形貌和结构皆可调控等优势,在一定程度上改善了改性后电极材料的循环性能。Sb合金材料是由活性金属Sb和其他活性金属或非活性金属合金化而成,体积效应得到抑制,放电容量提高。Sb氧化物和Sb硫化物等Sb的非金属化合物材料反应机理为合金化反应和转化反应机理共存,均可贡献容量,因而此类材料具有较高的比容量。为同时达到改善材料结构性能和抑制体积膨胀的目的,可通过构筑结构较为复杂但电化学性能优异的Sb的其他复合物材料。本文对比分析了不同Sb基材料的储钠机理、性能特点、存在的问题以及电化学性能的优化方法。同时指出单一的改性方法并不能显著提升材料的性能,而结构优化、合金成分控制以及优选还原剂、粘结剂和电解质添加剂等多元改性工艺的综合设计,可以更有效地改善Sb基负极材料的电化学性能,最后提出现阶段Sb基材料作为钠离子电池负极材料所面临的挑战及未来商业化应用前景。     

钠离子电池金属硫化物负极材料的研究进展

由于全球有限的锂资源无法满足巨大的能源市场需求,而钠元素与锂元素处于同一主族,其性质相似,且钠具有资源丰富以及成本低等优势,使得钠离子电池有望成为极具发展前景的储能装置.但是,钠离子电池存在以下劣势:(1)钠元素的相对分子质量大于锂元素,致使其理论能量密度低于锂离子电池;(2)钠离子半径大于锂,充放电过程中钠离子脱嵌困难.因此,电极材料的合理设计与高效合成是提升钠离子电池性能和降低成本的关键.目前,钠离子电池的研究进展较快并取得了一定的成果,研究热点主要集中在钠离子嵌入机理、电池能量密度提升、循环性能改善等方面.金属硫化物种类丰富,具有相对较高的理论比容量和能量密度,适合用作储能钠离子电池负极材料.但金属硫化物自身存在导电性差、体积膨胀剧烈、首次库伦效率低、钠离子扩散缓慢等缺点,同时电池的性能又取决于电极材料的形貌、结构和颗粒尺寸等.因此,需对材料进行一系列结构调控以及相应机理研究来提高其电化学性能.本文主要从纳米形貌调控和材料复合两个方面对金属硫化物最新的研究进展进行综合概述,并对钠离子电池金属硫化物负极材料的未来发展方向进行了评述及展望.     

锂离子电池多孔硅/碳复合负极材料的研究

以商业化多晶硅粉为原料, 采用金属银催化剂诱导化学腐蚀的方法制得三维多孔硅材料。通过优化腐蚀条件, 得到孔径约为130 nm, 比表面为4.85 m²/g的多孔硅材料。将多孔硅和PAN溶液混合球磨并经高温烧结后在多孔硅表面包覆上一层致密的无定形碳膜, 从而制得多孔硅/碳复合材料作为锂离子电池的负极材料。3D多孔硅结构可以缓解电化学嵌/脱锂过程中材料的体积效应, 无定形碳膜层可有效改善复合材料的导电性能。电化学性能测试表明, 该多孔硅/碳复合负极材料电池在0.4 A/g的恒电流下, 首次放电容量3345 mAh/g, 首次循环库伦效率85.8%, 循环55次后容量仍保持有1645 mAh/g。并且在4 A/g的倍率下, 容量仍维持有1174 mAh/g。该方法原料成本低廉, 可规模化生产。