先进碳材料在钾离子电池中的应用

钾离子电池(KIB)因具有能量密度高、钾储量丰富以及成本低等优势,有望替代锂离子电池(LIB)成为新一代储能器件。在众多材料中,碳材料由于具有廉价易得、环保等优点被认为是极具潜力的KIB负极材料,然而其在充放电过程产生巨大的体积膨胀和结构变形令电池具有较低的可逆容量、较差的倍率性能及循环稳定性。为提高碳材料储钾能力,改善KIB性能,目前常采用掺杂杂原子、石墨层间距调控、碳结构和形貌设计等手段对碳材料进行改性。本工作综述了不同类型碳材料(石墨、石墨烯、硬碳、软碳和多孔碳)作为KIB负极的最新研究进展,对其面临的挑战及前景进行了讨论并展望了KIB的未来发展方向。     

生物质碳材料在钾离子电池负极材料中的应用

钾离子电池因其能量密度高、钾储量丰富、成本低等优势而成为当前储能器件领域一个新的研究热点。钾离子可以在商品化石墨负极材料中嵌入与脱出,这对于钾离子电池未来的产业化发展具有重要意义。但目前石墨负极存在体积膨胀率较大、容量衰减快、倍率性能低等问题。近年来,为寻找适宜嵌钾的材料与抑制膨胀的方法,越来越多的电极材料体系被开发出来。其中生物质碳材料因制备工艺简单、成本低廉和环保等优点被广泛研究。本文总结了钾离子电池生物质碳材料的最新研究进展;分析了存在于碳基材料的两种储钾机制及各自对电化学性能的影响,并对一些表现出优异电化学性能的生物质碳材料的制备方法及电化学性能做出扼要综述;在此基础上,对钾离子电池的下一步研究进行展望与总结。     

钾离子电池电极材料研究进展

综述了近几年来钾离子电池正、负极材料的最新研究状况,分析了影响不同类型正负极材料比容量、倍率性能、循环稳定性的主要因素,总结了钾离子电池电极材料的改性方法,如原子掺杂、包覆和结构设计等,展望了未来钾离子电池的发展方向。     

钾离子电池研究进展

阐述了钾离子电池关键材料和电池技术的研究现状,特别是对普鲁士蓝类和P2、P3相层状氧化物材料作为正极材料的电化学性能及存在的问题、碳基负极材料（石墨、硬碳、软碳等）的电化学性能及钾离子脱嵌机理、当前所用电解液的优缺点等方面都进行了较为全面的讨论和分析。分析表明普鲁士蓝和非石墨材料等材料已经同时展示出较高的比容量和循环性能,而对于层状氧化物材料和石墨材料,钾离子的电化学嵌入/脱出伴随显著的体积变化和复杂的相变,同时与正负极材料具有高度相容性的电解液尚未获得。指出钾离子电池需要进一步发展其电极材料和电解液。     

钾离子电池负极材料的研究现状

近年来,可充电钾离子电池(KIBs)的开发受到人们的广泛关注.碳基材料的来源丰富,廉价,无毒,安全,广泛的可行性研究表明,它们可以成为很有前途的KIBs负极材料.本文综述了石墨、石墨烯、硬碳材料和软碳材料等新型碳基材料的钾离子存储性能及其电化学性能,讨论了KIBs面临的关键问题,指出了KIBs的发展方向.     

Co–MOFs纳米片/碳布复合材料的制备及在锂离子电池中的应用EI北大核心CSCD

采用液相沉积法在导电碳布表面原位生长Co-MOFs纳米片,制得了Co-MOFs/CF复合材料。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗等手段对材料的组成、结构形貌和电化学性能进行了表征。结果表明:当用作无黏结剂型锂离子电池电极时,在50 mA/g电流密度下,Co-MOFs/CF的首次放电比容量为1 621.3 mA·h/g,100次循环后,其放电比容量仍可达445.1 mA·h/g。相比于纯Co-MOFs,Co-MOFs/CF的首次Coulomb效率和循环性能均有明显改善,主要归因于Co-MOFs的二维片状结构与碳布良好导电性之间的协同作用,Co-MOFs/CF优异的电化学性能使其成为很好的锂离子电池电极候选材料。     

Bi/SnO_(x)@C异质结构材料制备及其钠离子电池性能EI北大核心CSCD

锡基氧化物及其合金具有制备简单和理论比容量高等优点,是一种有前途的钠离子电池负极材料。然而,锡基氧化物及其合金在循环过程中会发生颗粒团聚及体积形变,导致电极粉化、容量衰减和倍率性能差等问题。在此,本工作采用氯化钠模板法合成了Bi/SnO_(x)颗粒锚定在超薄碳层上的复合材料(Bi/SnO_(x)@C),构筑了一种均匀的Bi/SnO_(x)@C异质结构。其中,超薄碳层可以有效抑制Bi/SnO_(x)复合颗粒的团聚并增加电极材料比表面积,提供更多活性位点,同时Bi/SnO_(x)也能够贡献更多的比容量。超薄碳层与Bi/SnO_(x)复合颗粒的协同作用可以有效提高电极材料循环稳定性,对于构筑高性能电极材料具有重要意义。     

膨胀辉钼矿/碳复合材料构筑及其储锂性能EI北大核心CSCD

天然辉钼矿具有低成本、高储存锂的优势,可直接用作锂离子电池负极材料。首先对辉钼矿进行膨胀处理,然后利用多巴胺进行表面改性,构建了膨胀辉钼矿/碳(EM/C)复合材料。膨胀法制备的蠕虫状膨胀辉钼矿(EM)具有较高的比表面积,有利于电解质的渗透和锂离子的扩散。无定形碳层有效地提高了其电导率,并为MoS_(2)循环过程中体积变大提供了缓冲空间。EM/C复合材料具有较长的循环寿命和高容量,在电流密度100 mA/g下,循环200圈容量仍可高达1213 mA·h/g,即便在1 A/g的大电流密度下,仍有623 mA·h/g的可逆容量。以辉钼矿精粉为原料构建EM/C复合材料的策略,对实现锂离子电池优异的电化学性能具有一定指导意义。     

钠离子电池碳基负极材料研究进展

钠离子电池由于其资源丰富和原材料成本低的特点,成为锂离子电池潜在的替代产品。然而,同高倍率、高循环稳定性的钠离子电池正极材料相比,负极材料的开发相对滞后,这限制了钠离子电池的商业化运行。碳基负极材料具有资源丰富、导电性能好、循环性能稳定、无毒等优势,受到了研究人员和产业界的广泛关注。针对不同种类的碳基材料展开论述,讨论了影响碳基负极材料储钠性能的关键因素和储钠性能的优化策略,并对该领域最新的研究进展和所面临的挑战进行了展望。     

TiO_(2)改性SiO材料的制备及储锂性能EI北大核心CSCD

通过溶胶-凝胶和高温固相法制备了SiO@TiO_(2)/C复合材料。结果表明:由于TiO_(2)对界面稳定性及锂离子扩散过程的促进作用,SiO@TiO_(2)/C材料拥有优良的循环和倍率性能。在1 A/g的电流密度下循环150次,材料表现出710 m A·h/g的比容量;在4 A/g的高电流密度下可逆比容量仍能达到430 m A·h/g。     

普鲁士蓝类正极材料在钾离子电池中的应用研究进展

与锂元素比较,钾元素资源丰富,价格低廉,且物理化学性质与锂元素和钠元素相似,因此钾离子电池已成为取代成本相对较高的锂离子电池的最佳选项之一,近年来受到了广泛的关注。普鲁士蓝及其类似物（PBAs）具有开放的框架结构,给半径较大的钾离子提供了便捷的扩散通道,这一特点使普鲁士蓝及其类似物成为了钾离子电池正极材料的理想候选者。本文系统介绍了近年来国内外关于普鲁士蓝材料做为钾离子电池正极材料方面的研究进展,包括在有机系钾离子电池和水系钾离子电池中的应用情况,并对这类材料在钾离子电池正极材料中的发展前景、存在的问题及挑战做了分析和展望。     

钾离子电池正极材料的研究进展

由于资源和成本优势,以及工作原理与锂离子电池的相似性,钾离子电池在未来的大规模储能应用中有着光明的发展前景。然而相比于锂、钠离子,钾离子半径较大,这不仅影响了其在电极中的输运,而且容易对电极材料的结构造成一些不可逆的破坏,进而导致较差的电化学性能。对于钾离子电池,负极可采用与锂离子电池相同的石墨负极,而正极材料是目前的研发高性能钾离子电池的关键。因此,本文在总结了最常见的四类钾离子电池正极材料的相关进展,并分别探讨了各自的优势、问题及相应的改性方法的基础上,展望了钾离子电池正极材料未来的发展。     

钾离子电池炭负极材料的研究进展

随着社会对大规模储能系统需求的不断攀升,迫切需要开发可持续、低成本的新型电池技术。鉴于钾离子储量丰富、成本可控,钾离子电池近年来受到越来越多关注。不仅介绍了目前研究较多的几种炭基材料及其储钾性能,还尝试总结了炭基材料可能的储钾机理,展望了钾离子电池用炭基电极材料面临的问题及未来发展方向。     

室温钠离子电池用高性能碳材料研究进展

随着大规模储能领域对性价比要求的日益提升,室温钠离子电池有望成为新一代能源存储器件。在多种备选材料中,出于综合性能、成本和安全性考虑,碳基材料是最具实用潜力的钠离子电池负极材料之一。值得注意的是,体相扩散型碳和表面吸附型碳在储钠位点、电化学行为和设计思路上有很大区别。综述了两类碳材料近年来的研究进展,探讨了储钠机理、电解液匹配以及关键性能提升等问题。最后,对钠离子电池碳基负极材料研究面临的挑战及未来发展方向进行了展望。     

硬碳材料的功能化设计及其在钠离子电池负极中的应用

硬碳拥有容量高、工作电位低、成本低等优势,在钠离子电池负极中展现出潜在的应用前景。其最重要的特点是拥有丰富的微晶结构,这对钠离子的吸附及嵌入/脱出过程十分有益,使硬碳展现出优益的储钠性能。在实际应用中,硬碳存在首效低、稳定性不足以及倍率性能较差等问题,功能化设计是针对性改善硬碳上述缺陷的有效策略。结合目前硬碳功能化改性方面的研究工作,系统介绍了近年来关于硬碳负极在功能化设计方面的典型策略及最新研究进展,并探讨了功能化设计的优势与不足,为指导未来钠离子电池硬碳负极的商业化应用提供理论基础和技术支撑。     

分级多孔碳复合吸波材料研究进展EI北大核心CSCD

包含大量不同孔径且相互交错贯通孔的分级多孔碳具有低密度、高比表面积以及高介电性能的特点,在电磁波吸收方面具有极大的潜力。综述了分级多孔碳材料的来源、结构、组成及特点,总结了分级多孔碳作为吸波材料的研究进展,并对其未来的发展进行了展望。     

锂离子电池柔性碳布负极材料的储锂性能研究

将柔性碳布用于锂离子电池负极材料,用循环伏安法及交流阻抗研究了电池电极材料的电化学性能,用充放电实验研究了电池的循环性能和倍率性能。结果表明,锂离子电池负极采用柔性碳布,具有高的锂储存容量,第一次放电比容量为157.48mAh/g,并且在随后各次的容量损失很小,电池循环趋于稳定。     

凹凸棒石在锂金属电池负极保护中的应用EI北大核心CSCD

锂金属电池因能量密度高被认为是极具发展潜力的储能电池之一。然而锂金属负极上锂枝晶的生长会导致容量衰减甚至安全问题。为此,将凹凸棒石负载至纤维膜上应用于锂金属电池的负极保护,组装成对称电池及磷酸铁锂全电池进行电化学测试。结果表明:添加凹凸棒石的纤维膜可有效抑制锂枝晶的生长,其对称电池在沉积容量为1 mA·h/cm^(2)、电流密度为2 mA/cm^(2)下循环500 h时极化电压仅为83.2 mV,1 C倍率下加入凹凸棒石纤维膜的全电池循环1000圈后放电比容量仍有84.92 mA·h/g。综上,凹凸棒石对锂枝晶有抑制作用,为锂金属电池负极保护提供了新思路。