La和F复合掺杂对LiMn2O4高倍率性能的影响

采用分段高温氧化固相法合成了掺杂La3+、F-的锂离子电池正极材料LiLa x Mn2-x F x O4-x(x=0、0.01、0.02和0.05)。结果发现,在小于等于1C时,掺杂与否对其放电容量影响不大;在2~10C时,掺杂可明显改善倍率性能;在15C时,掺杂量也显示出重要影响,未掺杂的LiMn2O4的高倍率放电能力仅为4%,而掺杂x=0.02的达到56%。XRD物相、CV循环伏安和EIS电化学阻抗分析支撑了倍率性能的实验结果,当不出现第二相时,随掺杂量增加,电荷转移电阻、阳极和阴极反应极化逐渐减小,反应可逆性逐渐增大,但当x=0.05出现第二相时,电荷转移电阻、阳极和阴极反应极化又开始增大。     

Na+掺杂对Li3V2（PO4）3/C晶体结构及性能的影响

利用一步碳热还原法制备了Li3-xNaxV2(PO4)3/C(x=0、0.01、0.02、0.03、0.05、0.08、0.10、0.15)复合正极材料,并用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱、循环伏安法、电化学阻抗谱和恒电流充放电技术研究了掺杂对材料结构、微观形貌、充放电性能和Li+脱出嵌入过程的影响。研究表明掺杂少量Na+不影响材料Li3V2(PO4)3的基本结构,但可在Li3V2(PO4)3中形成电子缺陷,提高晶体内部原子的无序化程度,降低极化和电荷转移电阻,从而改善材料的电化学性能。与Li3V2(PO4)3/C相比,Li2.98 Na0.02 V2(PO4)3/C在倍率为15C下的第50次放电容量提高12.1mAh/g,具有较好的倍率性能和循环性能。     

Q235碳钢在滨海盐土中腐蚀的电极过程特点

为了研究含水量对Q235碳钢在滨海盐土中腐蚀电极过程的影响,分别在10%、20%和34%含水土壤中,在±50mV极化及开路条件下对Q235碳钢的电化学阻抗谱进行了测量.实验结果表明:在低含水量(10%)时,Q235腐蚀的阴极过程主要受电荷转移电阻和结合层电阻控制,结合层对阳极过程的阻碍明显大于阴极过程;在中、高含水量(20%,34%)时,其阴极过程表现为明显的扩散控制特征,结合层主要影响阳极溶解过程,其对阴极反应的影响可以忽略不计.随含水量的增加,Q235的阳极反应电荷转移电阻逐渐降低;阴极扩散控制作用越来越明显.     

锂离子电池正极材料LiFePO_(3.99)F_(0.01)/C的结构与性能

为了提高LiFePO4的倍率性能,用碳热还原法制备了LiFePO4-xFx/C复合正极材料,并用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、恒电流充放电技术、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)研究了F-掺杂和碳包覆对材料的结构和电化学性能的影响.研究表明,掺杂少量的F-可以减少电极极化、降低电荷转移电阻、增大Li+的扩散速率.其中LiFePO3.99F0.01/C的5C放电比容量为109.9mAh/g,50次循环后仍保持110.6mAh/g,表现出良好的倍率性能.     

铝及其合金在海水中的电化学保护

<正> 在中性介质中,在铝的阳极区和阴极区发生了如下反应[1]: 6H_2O+6_e=3H_2+60H——阴极反应 2Al+60H-be=Al_2O_3.3H_2O——阳极反应阴极极化时,阳极过程受到抑制,而阴极过程加强。结果,阴极附近水层的PH值增大;阳极极化时,电极附近水层稍有酸化。     

M_xCa_(2-x)SiO_4:Ce~(3+),Al~(3+)(M=Mg,Sr,Ba荧光粉的结构与发光特性研究

采用高温固相法合成了一系列M_xCa_(2-x)SiO_4:0.5mol%Ce~(3+),4mol%Al~(3+)(M=Mg,Sr,Ba;x=0.05,0.1,0.15,0.2)荧光粉,通过X射线衍射仪、扫描电镜、荧光光谱仪对荧光粉的结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明,Mg~(2+)掺杂量在x=0.05时合成的荧光粉物相与未掺Mg~(2+)时一致,为γ-Ca_2SiO_4;在450nm激发下特征峰位于565nm,主要源于Ce~(3+)的5d→~2F_(7/2)和5d→~2F_(5/2)跃迁;Mg~(2+)掺杂量在x=0.1~0.2时,荧光粉物相变为β-Ca_2SiO_4,并随着Mg~(2+)的浓度增大,出现杂相,在365nm激发下发射峰位置由503nm迁移至423nm。Sr~(2+)掺杂量在x=0.05~0.15时,合成的荧光粉物相为γ-Ca_2SiO_4,激发和发射光谱与未掺Sr~(2+)时基本一致;当x=0.2时,物相转变为α'_H-Ca_2SiO_4荧光粉,在365nm激发下特征峰位于465nm。Ba~(2+)掺杂量在x=0.05~0.10时,荧光粉物相未有明显变化,但x=0.15~0.20时,合成的荧光粉物相转变为α-Ca_2SiO_4,在365nm激发下特征峰位于460nm。不同离子掺杂获得的荧光粉物相及发光性质变化的原因实际是,由于参与反应的碱土氧化熔点逐渐降低,Mg~(2+)、Sr~(2+)和Ba~(2+)进入Ca_2SiO_4晶格引起相变的趋势在增强。     

Ho掺杂对Bi4-xHoxTi3O12陶瓷结构与铁电性能的影响

以Ho为掺杂元素,采用热压烧结方法制备Bi4-xHoxTi3O12陶瓷,重点研究了Ho掺杂量对其物相组成、致密度、微观结构和铁电性能的影响.首先以Bi2O3、TiO2和Ho2O3微粉为原料,利用固相反应在900℃合成出主晶相为Bi4Ti3O12的Bi4-xHoxTi3O12(x=0～0.8)粉体;然后,将合成粉体在850℃、30 MPa条件下热压烧结,当Ho掺杂量x=0～0.4得到了物相单一、整体致密(>99%)的Bi4-xHoxTi3O12陶瓷.随Ho掺杂量的增加,Bi4-xHoxTi3O12陶瓷的剩余极化强度呈现先增大后减小的趋势,主要与氧空位浓度和不同掺杂浓度引起的掺杂位置的不同有关.在Ho掺杂量x=0.4时,其剩余极化强度最大(2Pr=13.92μC/cm2),远大于未掺杂的Bi4Ti3O12陶瓷,说明适量Ho掺杂能有效改善其铁电性能.     

中温固体氧化物燃料电池Sr1-xTbxCoO3-δ（x≤0.3）阴极材料的制备与性能研究

以化学计量比的SrCO3、Co3O4和Tb4O7为原料,采用固相法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料Sr1-xTbxCoO3-δ(STC,x≤0.3),采用XRD、ND、TGA、范德堡直流四探针法和电化学方法对STC的晶体结构、高温失重、电导率、极化电阻以及电池进行了研究。结果表明:Sr0.9Tb0.1CoO3-δ的晶体结构是立方相Pm-3m空间群结构;Sr0.8Tb0.2CoO3-δ和Sr0.7Tb0.3CoO3-δ是四方相I4/mmm结构。在500~800℃时,STC的总电导率(σ)均大于407 S/cm。极化电阻(Rp)和活化能(Ea)随着x的增加而增大。当x=0.1时,STC的氧离子空位浓度最大,具有最好的阴极性能,由其组成的单电池最大功率密度为836 mW/cm2。     

锂离子电池正极材料Li1-xVxCryFe1-yPO4／C的制备及电化学性能的研究

采用高温固相法合成了Li1-xVxCryFe1-yPO4/C(x=0.01、0.02;y=0.01、0.02)锂离子电池正极材料,通过XRD、SEM、C-V和恒电流充放实验研究了不同掺杂量对产物结构和电化学性能的影响.研究表明,少量V和Cr的掺杂未影响到LiFePO4的晶体结构,但显著改善了它的电化学性.其中,Li0.99V0.01Cr0.02Fe0.98PO4/C材料具有更好的电化学性能,0.1C倍率放电时,首次放电容量达到163.8mAh/g,且循环性能良好.另外,对合成材料的红外光谱进行了研究和指认.     

Cu2+掺杂高密度LiFePO4/C正极材料的合成及性能

以高密度FePO4作为前躯体,Cu(Ac)2为掺杂源,通过高温固相法合成了高振实密度的锂离子电池正极材料LiFe1-xCuxPO4/C(x=0、0.01、0.015、0.02、0.025).采用X粉末衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、循环伏安法(C-V)和恒电流充放电对合成的材料掺杂进行了结构、形貌和电性能表征和分析研究.结果表明, 所合成的掺杂复合材料LiFe1-xCuxPO4/C为典型的橄榄石型结构,结晶度高,具有较高的振实密度.掺杂Cu2+离子在很大程度上可以提高LiFePO4的电化学性能,当Cu含量为2.0%(质量分数)时,LiFe0.98Cu0.02PO4/C的振实密度可以达到1.98g/cm3,比容量为最大值,0.1C倍率放电可达150.0mAh/g,体积比容量为297.0mAh/cm3;2C倍率放电比容量仍可以达到127.3mAh/g以上,体积比容量为252.1mAh/cm3.     

锑掺杂浓度对二氧化锡纳米微粉的影响

以无机盐为原料,采用共沉淀法制得了掺锑SnO₂纳米级微粉.运用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和差热分析(DTA)等观测手段对微粉末进行了表征,比较系统地研究了掺锑浓度对物相、粉末颗粒度及电阻的影响规律.实验结果表明,低掺杂浓度样品(x≤0.462),Sb原子固溶于四方晶系SnO₂中,高掺杂浓度样品(x≥0.519),Sb原子将从固溶体中脱溶并被氧化为Sb₂O₄相;掺杂Sb可以减小SnO₂的晶粒度,在热处理时阻碍 SnO₂晶粒长大,掺杂浓度>0.181时,进一步掺杂对粉末粒度没有明显的影响;SnO₂粉末电导率随掺锑浓度的增大而提高,掺杂浓度为0.095时粉末电导率达到极大值,当掺杂浓度>0.245时,粉末电阻快速增大.兼顾掺杂浓度对粉末粒度和电阻的影响,合适的掺杂浓度x为0.181～0.230.     

固体氧化物燃料电池LaxSr2-3x/2Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ阳极性能研究

本研究利用固相反应法合成了一系列镧取代LaxSr2-3x/2Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ(LaxSFNM,x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)钙钛矿陶瓷材料,并研究其作为固体氧化物燃料电池阳极的电化学性能。X射线衍射(XRD)测试表明合成的粉末具有立方钙钛矿结构。在高温下利用氢气还原LaxSFNM样品,发现其晶粒表面析出纳米尺度的Fe-Ni合金颗粒,并且偏析纳米颗粒的密度随着La^3+掺杂量的增加而显著降低。在对称电池阻抗测试中,随着La^3+掺杂量的增加,阳极极化阻抗逐渐降低,掺入量为0.3时阻抗达到最小值。La0.3SFNM对称电池在750℃下极化阻抗仅为0.16W·cm^2,进一步增加掺杂量时,La0.4SFNM对称电池极化阻抗增加至0.17W·cm^2。La0.3SFNM材料良好的电极反应催化活性源于适当分布的Fe-Ni合金纳米偏析颗粒与LaxSFNM陶瓷基体的共同作用。利用流延法制备一系列以LaxSFNM为阳极、SmBa0.5Sr0.5Co2O6为阴极、LSGM为电解质的单电池,使用氢气作为燃料时,La^3+掺杂量x=0.3的单电池表现出最高的功率密度,在750、650和550℃时峰值功率密度可达1.26、0.90和0.52W·cm^-2。上述结果表明,La0.3Sr1.55Fe1.5Ni0.1Mo0.4O6-δ可以用作高性能SOFC阳极催化剂。     

新型SOFC阳极材料La0.75Sr0.25Mn0.5Cr0.5-xCuxO3-δ的合成与表征

合成了新型固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料La_0.75Sr_0.25Mn_0.5Cr_0.5-xCu_xO_3-δ (LSMCr_0.5-xCu_x, x=0、0.05、0.10、0.20)。通过X射线衍射(XRD)表征其物相结构和与电解质的化学相容性, 通过透射电子显微镜(TEM)表征其微观形貌。用直流四探针法测试了材料的电导率; 交流阻抗法表征了材料的阳极阻抗特性。结果表明: LSMCr_0.5-xCu_x材料均为菱方钙钛矿晶相, Cu的掺入导致晶胞体积和粉体粒径增大。x≤0.10时, 阳极粉体与YSZ在1200℃烧结3 h无第三相生成, 具有良好的化学相容性。LSMCr_0.5-xCu_x 在空气和5%H₂-Ar气氛下的电导率均随x的增加而增大; 在湿润的5%H₂-Ar气氛下的阳极极化面电阻(ASR)均低于未掺杂的LSCM, x =0.05时ASR最低, 900℃时仅有0.38 Ω·cm²。     

Pr掺杂Sm0.5Sr0.5CoO3阴极的性能研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)因能量转换效率高,绿色无污染而备受关注。研究发现,钙钛矿结构的Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC)是电子-离子混合导体,具有良好的氧还原活性,以及电导率高、极化电阻低等优点。为了探究镧系元素Pr掺杂对SSC阴极性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备Pr_xSm_0.5-xSr_0.5CoO₃(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)阴极粉体,对其进行一系列表征和电化学性能测试。电化学阻抗谱(EIS)测试表明,当Pr掺杂量为0.3时,PSSC-30阴极在550～750℃范围内的极化电阻均小于其他掺杂量;在700℃时,全电池的功率密度达到最大,为311.06mW/cm²。     

Zr~(4+)掺杂对LiFePO_4电化学性能及微观缺陷的影响

通过高温固相法合成了掺杂Zr4+的正极材料Li1-xZrxFePO4(x=0、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电、交流阻抗(ACI)和正电子湮没寿命谱(PALS)等分析测试技术对掺杂材料的晶体结构、形貌、电化学性能和微观缺陷进行研究。结果表明,在整个掺杂范围内,所有样品都具有单一的橄榄石结构,且样品表面形貌和颗粒尺寸的变化较小;掺杂系列样品中,Li0.99Zr0.01FePO4具有最好的电化学性能,在0.1C充放电倍率下,首次放电比容量达到141.6mAh/g,高于未掺杂的LiFePO4的容量107.4mAh/g,经30次循环后Li0.99Zr0.01FePO4的容量保持率为75.8%。交流阻抗谱研究表明,掺杂Zr4+使锂离子脱嵌过程中电荷转移反应的阻抗明显减小;正电子湮没寿命谱研究表明掺杂Zr4+可以在样品晶格内部产生空位缺陷,使正电子湮没寿命增加,从而提高材料电导率。     

Gd3＋掺杂对Sr2FeMoO6结构及电磁性能的影响

采用微波固相烧结法合成了双钙钛矿Sr2-xGdxFeMoO6（x=0.0、0.1、0.2、0.3）。用XRD和VSM对样品的物相结构和电磁性能进行了研究。结果表明所得Sr2FeMoO6为四方晶系结构,空间群为I4/mmm,随Gd3＋掺杂量的增加,Fe、Mo排列的有序度逐渐降低,同时伴有少量Gd2O3杂相生成。样品Sr2-xGdxFeMoO6均表现为铁磁性,磁转变温度均高于室温,Gd3＋掺杂使得样品的室温饱和磁化强度降低,但适量Gd3＋的掺杂（x=0.3）可明显提高样品的室温磁电阻变化率。样品Sr2-xGdxFeMoO6均呈现典型的半导体行为,当x=0.0、0.1、0.2时,在100～300K,其电输运行为服从小极化子变程跃迁导电机制;当x=0.3时,在150～300K,服从小极化子变程跃迁导电机制;在100～150K,则属于绝热小极化子导电机制。     

Ni2+掺杂对V2O5结构及电化学性能的影响

以NiSO4·6H2O为反应原料,采用液相沉淀法制备了Ni2 掺杂的V2O5正极材料,利用SEM、XRD、恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗测试对反应产物的微观形貌、相结构及电化学性能进行了研究.结果表明:掺杂少量Ni2 对V2O5的晶型结构及表观形貌产生一定的影响,有利于降低V2O5的电荷转移电阻;随着Ni2 掺杂量的增加,电化学电容器的比能量增大,当掺Ni2 2.5%时比能量为15.6 Wh·kg-1,库仑效率达95.12%.     

铋掺杂对SrTiO3薄膜微观结构及阻变行为的影响

采用溶胶-凝胶及快速退火工艺在p+-Si上制备了Bi掺杂SrTiO_3薄膜,构建了Ag/Sr_(1-x)Bi_xTiO_3/p+-Si结构阻变器件,研究了Bi掺杂量对薄膜微观结构、器件阻变行为及特性的影响。结果表明:Bi掺杂量较低时并未改变Sr_(1-x)Bi_xTiO_3薄膜的相结构,但随着掺杂比例的增大,晶粒尺寸也明显增大,当掺杂量x=0.16时,有Bi4SrTi4O15及TiO2相形成;不同Bi掺杂量的Ag/Sr_(1-x)Bi_xTiO_3/p+-Si器件均呈现出双极性阻变特性,且有明显的多级阻变行为。随Bi掺杂量的增加,器件的阻变性能逐步提高,当x=0.12时器件的高、低阻态电阻比值最大,达到105左右,并且在2 000次可逆循环测试下,高、低阻态电阻比未出现衰减,表现出良好的抗疲劳特性,但当掺杂量x达到或超过0.16后,器件的性能呈下降趋势。Bi掺杂量的增大会导致器件高阻态时的导电机制从空间电荷效应(SCLC)导电机制(x0.16)转变为肖特基势垒发射(x=0.16)。器件在低阻态下均遵循欧姆导电机制。     

V2.46TiFe0.54Six(x=0.03～0.15)贮氢合金电化学性能的研究

研究了V2.46TiFe0.54Six(x=0.03～0.15)贮氢合金的相结构及其电化学性能.合金由BCC结构的V基固溶体主相和C14Laves第二相组成,C14Laves相以网状形式分布在BCC相的晶界上.随Si含量的增加,C14Laves相含量不断增大.电化学测试结果显示,合金的放电容量随循环次数的增加均显著降低.随x的增大,合金最大放电容量先增大后减小,在x=0.09时达到最大值,约522.6mAh/g;交换电流密度及氢的扩散系数则单调增大,倍率性能得到提高.     

A-位和B-位共掺的Bi4Ti3O12陶瓷的结构及其铁电性能

采用固相烧结法制备了Bi3.55Nd0.45Ti3-xNbxO12(x=0、0.02、0.05、0.08、0.15)系层状钙钛矿结构无铅铁电陶瓷。通过X射线衍射仪(XRD)可以看出陶瓷样品为铋层状钙钛矿结构,并无杂相生成。随着Nb的含量增多,其衍射峰向低角度移动。从扫描电子显微镜(SEM)可以看出陶瓷晶粒为片状。利用阻抗分析仪LCR(HP4284A)测试了陶瓷的介电性能,研究表明AB位共掺钛酸铋陶瓷的居里温度在275℃左右,而Bi4Ti3O12的居里点是675℃,前者比后者下降了400℃。在利用铁电综合测试系统对铁电性能的研究过程中发现,与x=0.05相比,x=0.15的矫顽场(Ec)和剩余极化强度(2Pr)分别减小了5kV/cm和2μC/cm2。