Al3+/K+离子交换法从黑云母中提钾及水铝云母的电化学性能

采用Al³⁺/K⁺离子交换法从难溶性含钾矿物黑云母中提取出可溶性钾并制备水铝云母。采用X-射线衍射与X射线荧光光谱对水铝云母的物相和化学组成进行分析，探究了反应时间与pH值对黑云母提钾率的影响及机理，同时通过电化学工作站测定了水铝云母的电化学性能。结果表明:溶液pH和反应时间分别为1.2和8 h时，提钾率达到最大值91.4%，且水铝云母仍具有层状硅酸盐结构。水铝云母的放电比电容为14.86 F/g，较黑云母（0.32 F/g）有明显提高。     

氧化-柱撑/离子交换法水云母中的提钾研究

为缓解我国钾资源的供需矛盾,采用氧化-柱撑/离子交换法从水云母中提取钾元素. 在60 ℃温度条件下,水热反应水云母和氧化剂、柱撑剂、离子交换剂等反应试剂,过滤反应液,从滤液中得到可溶性钾盐. 通过原子吸收分光光度计和X射线衍射,测定反应后提钾率和云母脱钾过程中的结构变化. 实验结果表明,经过氧化-柱撑/离子交换后的水云母的层状硅酸盐结构未被破坏,基面间距由1.0 nm 扩张到4.0 nm,14 h内层间K+几乎被全部提取出来,提钾率高达98%.     

氧化法从水云母中提钾及其机理

为了解决我国大量的难溶性含钾矿物未能有效提钾利用的问题,采用氧化法从水云母中提取可溶性钾离子,确定了反应温度、反应时间和交换阳离子（钡离子）的最佳工艺条件. 用Ｘ－射线衍射图谱和Ｘ－光电子能谱手段研究氧化过程机理及云母结构的细微变化. 结果表明,在反应温度为４５ ℃,反应时间为３ ｈ,钡离子摩尔质量为０．０３５ ｍｏｌ 时,提钾效果最好. 提出了库伦效应提钾机理:水云母八面体空隙内的三价钒离子氧化为五价钒离子后,减弱四面体层对钾离子的库仑力束缚,选择交换阳离子进行交换,在不破坏水云母结构的前提下,可以达到提钾的目的. 采用氧化法从水云母中提钾,提钾率可以达到３５％左右.     

金属有机框架衍生FeS2/NiS2/C空心球的制备及其储钠性能

开发高性能钠离子电池负极材料,亟须解决过渡金属硫化物在充放电过程中存在的容量快速衰减问题。以Ni-MOF为前驱体,通过溶剂热处理引入Fe元素并进行气相硫化,制备了含双金属硫化物的FeS₂/NiS₂/C多孔空心球材料。电化学测试结果表明：该材料作为钠离子电池的负极,与NiS₂/C相比,其可逆比容量、循环稳定性以及倍率性能均得到显著提高;利用电化学阻抗测试和不同扫速下的循环伏安测试对电极材料的电子传输和离子扩散速率进行分析,证实复合材料优异的电化学性能表现归因于其增强的反应动力学。该研究表明,金属有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)衍生的双金属硫化物具有优异的电化学性能,是一种具有良好应用前景的高性能钠离子电池负极材料。     

Cu掺杂FeP粉末负极材料的制备及其储钠性能

针对磷化铁（FeP）在充放电过程中存在体积膨胀及导电性差等问题,阻碍了其作为钠离子负极材料的进一步发展。针对此问题,通过高速球磨法在FeP中添加Cu来调节纳米粉末的微观形貌和结构,从而调节负极的电化学性能。XRD表征结果表明：Cu的添加降低了FeP的结晶度,但是并未导致其他次要相的生成。电化学测试表明：Cu的添加提高了电极的循环稳定性和倍率性能,添加10%Cu的FeP钠离子负极表现出优异的电化学性能,容量显著提高100%以上,在50 mA/g的电流密度下,电压范围在0～3 V之间循环200次后容量稳定在180 mA·h/g。电化学性能的改善是由粉末的微观结构变化以及导电性的提高而导致的,在两者的协同作用下,缓解了FeP的体积膨胀,提高了电极的电子电导率和电化学可逆性。     

γ-Fe_2O_3/C复合纳米材料的制备及其储钠性能研究

环境问题和能源问题使当下社会对高效友好的储能器件的研究越来越紧迫。储量丰富且安全无毒的钠离子电池引起人们的注意。金属氧化物因其较高的理论容量、丰富的储存和低廉的成本而成为应用前景极广的钠离子电池负极材料。通过液相合成法制备出对苯二甲酸铁前驱体,结合后续的真空退火成功地制备出纳米级γ-Fe_2O_3/C。用制备的γ-Fe_2O_3/C作钠离子电池电极材料时,该电极表现出良好的电化学性能,在电流密度为50 mA/g时,经过100次充放电循环后可逆容量高达277.67 mAh/g,容量保持率为74.63%;在经过高倍率放电-充电循环,电流密度再次降到50 mA/g时,可逆容量可恢复到305.54 mAh/g,容量保持率为93.77%,库伦效率为99.6%。说明在γ-Fe_2O_3作为钠离子电池负极电极材料时,通过碳材料的包覆以及纳米化可以优化其循环性能,为后续研究电极材料的合成方法和储钠性能提供可行的途径。     

CuO的可控合成及其作为锂离子电池负极材料的性能

通过溶液沉淀加水热反应的方法合成了不同形貌的氧化铜。通过循环伏安法、充放电法等研究氧化铜作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:不同形貌的氧化铜电化学性能差异很大,首次嵌锂容量均在700mA·h/g以上,而结晶性能较好、形貌较规则的氧化铜粉末呈现出较好的电化学循环稳定性,100次循环后容量仍保持400 mA·h/g。对氧化铜负极材料的反应机理、首次容量高于理论容量及不可逆容量的原因进行了分析。     

表面活性剂对磷钾伴生矿中钾浸出的影响

针对我国严重匮乏可溶性钾盐资源,而非可溶性钾资源却非常丰富,如磷钾伴生矿,因而探索从磷钾伴生矿中提取可溶性钾具有重要意义. 本文强化了磷钾伴生矿的酸浸过程,研究了在HCl-CaF₂体系下,表面活性剂对磷钾伴生矿中钾浸出的影响. 结果表明:阴离子表面活性剂可以强化钾的浸出,阳离子表面活性剂对钾的浸出未产生明显影响,非离子表面活性剂会抑制钾的浸出. 通过筛选得到较佳的表面活性剂为十二烷基硫酸钠（SDS）,其添加量为1.25 g/L,与未添加SDS的相比,钾浸出率提高了约8.5%,达到了98.01%.     

钠离子电池负极材料 SbSn/石墨烯复合物的合成及电化学性能测试

通过化学共沉淀法制备SnSb纳米合金,并以此为主体材料表面包覆石墨烯的核壳结构复合材料SbSn/rGO用作钠离子电池负极材料。通过XRD、SEM、EDS测试分析材料的物相结构与形貌,通过循环伏安、恒流充放电测试分析材料的电化学性能。研究表明,SbSn/rGO复合材料缓解了SnSb纳米合金团聚和体积膨胀效应,增强了材料的循环稳定性和倍率性能。SbSn/rGO复合材料150 mA·g~(-1)电流密度及0～3 V充放电电压测试,首次充放电容量为650、700 mA·h·g~(-1),第50次循环的放电比容量保持在350 mA·h·g~(-1),大幅度提高钠电负极材料比容量和循环稳定性。     

自支撑碳纳米纤维的宏量制备及其储钠性能

为大批量制备高储钠性能的电极材料,以乙炔为碳源气体,采用连续化学气相沉积（CVD）法原位催化生长碳纳米纤维材料,制备出自支撑式电极材料。通过扫描电子显微镜（SEM）和拉曼测试（Raman）表征分析样品的微观结构、形貌及结晶性,并对其钠离子存储电化学性能进行测试分析。结果表明：通过多温区连续大批量原位催化生长,制备出多尺寸三维结构碳纳米纤维（3D CNFs）,结构的变化导致碳纳米纤维暴露出丰富的空位缺陷,这为钠离子提供了大量的吸附活性位点;三维立体的结构不仅使得电解液可以快速浸润活性材料,而且有效地增强了结构的稳定性;3D CNFs作为钠离子电池负极材料,在电流密度为0.1 A/g的条件下比容量高达150 mA·h/g,且在循环50圈之后没有明显的容量衰减,表现出优异的储钠性能和循环稳定性。     

碳微米螺旋纤维的电化学特性研究

用碳螺旋纤维作锂离子电池的电极,选择金属锂片作为对电极和参比电极,系统地测量其极化过程中的充放电曲线、循环性能以及电化学阻抗谱.结果表明：首次放电比容量为304.06mAh/g,首次充电比容量为184.87mAh/g,不可逆比容量为119.19mAh/g;循环实验显示,该材料第150周放电比容量达到170mAh/g,为第2周的80%,循环性能良好,这与碳螺旋纤维的大比表和中空结构密切相关;首次放电阻抗谱显示,当电极电位位于1.2～0.6V时,电解液与螺旋纤维间的固体电解质相界面膜（简称SEI膜）开始生长,所形成的SEI膜性质稳定,这也为维护循环稳定性提供有力保障.     

镍纤维管改善锂硫电池性能

为了改善锂硫电池的比容量和循环稳定性等电化学性能,以聚丙烯腈纤维为基体,采用无钯活化化学镀法在其表面镀一层镍,制备得到复合纤维.通过热处理去除复合纤维中的聚丙烯腈,得到氧化镍中空纤维,然后在氢等离子体气氛中对氧化镍中空纤维进行还原制备中空镍纤维管,并以它作为锂硫电池正极材料活性物质的承载体,制备含镍纤维管的硫电极来改善锂硫电池的电化学性能.采用扫描电子显微镜和X射线能谱仪表征镍纤维管的表面形貌和成分,结果表明:所制备的纤维管主要是镍,但含有少量的磷,可能是镀液中次磷酸盐中的磷元素被还原,且管径为10～15μm,管壁厚度均匀,约0.7μm.采用恒流充放电和交流阻抗谱对含镍纤维管硫电极的电化学性能进行表征,结果表明:添加镍的纤维管能够增强锂硫电池的电化学性能,在充放电电流密度为每平方厘米0.2mA的条件下,镍纤维管增强硫电极的首次放电比容量为941.6mAh/g,20次循环后的放电比容量仍保持在593.3mAh/g,表现出较高的放电比容量和良好的循环稳定性.     

不同硫源对锂离子电池负极材料Sb2S3的影响

以酒石酸锑钾为原料,硫代硫酸钠、硫脲为硫源,通过水热反应制备不同形貌的硫化锑(Sb_2S_3)。采用XRD、SEM、EDS、循环伏安(CV)和恒流充放电等测试手段,探讨不同硫源对Sb_2S_3的形貌和电化学性能的影响。结果表明:不同的硫源对Sb_2S_3的形貌结构有较大影响,以硫代硫酸钠为硫源时,形成的Sb_2S_3以粗的棒状结构为主;以硫脲为硫源时,形成的Sb_2S_3以细的棒状结构为主。在0.1C的电流密度下,以硫代硫酸钠合成的Sb_2S_3样品的电化学性能更好,其最大的放电比容量可达618.6 m A·h/g。     

锂离子电池中电沉积锡镍合金电极的嵌锂性能

为获得具有更高比容量的锂离子电池负极材料,通过电沉积方法制备了Sn—Ni合金电极．对合金镀层组成与形貌进行了表征,测试了电极的电化学性能．电沉积Sn—Ni合金电极是Ni,Sn2和Sn复合电极,电极中Sn与Ni的摩尔比为1：1．15,电极首次放电容量可达500mAh／g,库仑效率88％,前10次循环库仑效率都在98％以上,50次循环时放电容量仍可达350mAh／g,库仑效率在94％以上．循环伏安和微分容量曲线都表明,多次循环后的电极完全表现出电沉积Sn电极的特征．扫描电镜照片表明,循环后的Sn—Ni合金电极发生了严重的膨胀和破裂．     

Performance of a combined capacitor based on ultrafine nickel oxide／carbon nanotubes composite electrodes

A new sol-gel process for the preparation of ultrafine nickel hydroxide electrode materials was developed. The composite electrodes consisting of carbon nanotubes and Ni(OH)2 were developed by mixing the hydroxide and carbon nanotubes together in different mass ratios. In order to enhance energy density, a combined type pseudocapacitor/electric double layer capacitor was considered and its electrochemical properties were characterized by cyclic voltammetry and dc charge/discharge test. The combined capacitor shows excellent capacitor behavior with an operating voltage up to 1.6 V in KOH aqueous electrolyte. Stable charge/discharge behaviors were observed with much higher specific capacitance values of 24 F/g compared with that of EDLC (12 F/g) by introducing 60% Ni(OH)2 in the anode material. By using the modified anode of a Ni(OH)E/Carbon nanotubes composite electrode, the specific capacitance of the cell was less sensitive to discharge current density compared with that of the capacitor employing pure nickel hydroxide as anode. The combined capacitor in this study exhibits high energy density and stable power characteristics.     

聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料制备及其超级电容性能

采用改进的Hummers方法制备氧化石墨,在乙醇溶液中超声分散120 min得到氧化石墨烯悬浮液。采用滴涂法在玻碳电极表面得到氧化石墨烯薄膜,通过电化学技术在氧化石墨烯薄膜上沉积得到聚乙酰苯胺纳米线,成功制备了聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料(PAANI/GO)。利用扫描电镜、循环伏安法和恒电流充放电测试技术对合成材料的形貌和充放电性能进行表征和测试。结果表明,直径为80 nm的聚乙酰苯胺纳米线均匀分散在氧化石墨烯表面,制备的复合材料在1 mol/L高氯酸溶液中,当循环伏安扫速为10 m V/s时,可以获得706 F/g的比电容,PAANI的比电容为285 F/g。聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料具有优异的充放电稳定性,当恒电流为1A/g时,循环充放电1 000次比电容是初始值的90%。     

NiAl-LDHs 电极材料的水热合成及其超级电容器电化学性能

超级电容器具有大充放电速率、良好的循环稳定性及高功率密度等优点, 是一种新兴的绿色环保储能器件。采用简单的水热合成法制备镍铝层状双金属氢氧化物(NiAl-LDHs) 超级电容器电极材料, 探究不同镍铝比对其形貌组成及电化学性能的影响。所制备的Ni₁Al₁-LDHs 电极材料在电流密度为1 A/g 时表现出378 F/g 的高比电容。以活性炭(AC) 为负极组成的Ni₁Al₁-LDHs//AC 非对称超级电容器在能量密度为27.5 Wh/kg 时, 具有1.4 kW/kg 的高功率密度, 表现出优异的电化学性能。