镁离子电池固体电解质MgZrNi_(1.5)(PO_4)_3的实验研究

镁离子电池发展到现在,能够适合其多次充放电的稳定结构液相电解质至今没突破,使镁离子电池的发展应用严重受限~([1-2])。如有优良的固体电解质~([2-3])取代受限的液相电解质,镁离子电池的发展将上升一个维度。本实验的研究是通过溶胶-凝胶法合成镁离子电池固体电解质MgZrNi_(1.5)(PO_4)_3,用Ni~(2+)取代原有固体电解质MgZrNi_(1.5)(PO_4)_3中一部分Zr~(4+),通过加入镍离子加大原有固体电解质的电导率,同时能加大电解质原有容量。通过实验证明,经过溶胶-凝胶法并进行离子取代,制备出的镁离子电池固体电解质电导率较原有固体电解质有较大提高,810℃温度下合成后的样品,电导率达到6.2×10~(-6) S/cm,比未经离子取代的固体电解质Mg_(0.5)Zr_2(PO_4)_3~([2]),电导率提高明显,为今后镁离子电池固体电解质的发展提供了重要参考。     

γ-丁内酯镁蒙脱石复合有机固体电解质

蒙脱石通过无机阳离子置换和有机分子取代层间水分子,制备了γ-丁内酯镁蒙脱石复合有机固体电解质。该电解质具有较大的层空间(d_(001)～1.83nm),较高的室温电导率(σ=4.1×10~(-4)Scm~(-1))和较低的离子迁移激活能(E_a=0.4eV)。对γ-丁内酯镁蒙脱石进行了红外分析和 X 射线衍射分析。把复合有机固体电解质应用到固态电池上,显示出较好的电池性能。     

LATP-PEO复合电解质成膜及离子电导率特性

以纳米Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1. 7)(PO_4)_3(LATP)固体电解质为填料,聚氧化乙烯(PEO)为粘结剂,双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li TFSI)为添加剂,乙腈为溶剂,利用流延法制备LATP-PEO固体复合电解质薄膜;采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和交流阻抗(EIS)等方法,研究样品的结构特征、形貌特征以及离子导电性能;探讨PEO摩尔质量与含量对LATP-PEO复合电解质薄膜成膜特性的影响。结果表明:PEO摩尔质量为5 000 kg/mol,LATP与PEO质量比为1∶0. 43时,可以获得膜厚为25μm,颗粒分布均匀的柔性LATP-PEO; LATP-PEO离子电导率随温度增高而增大,25℃时为1. 36×10~(-5)S/cm,100℃达到4. 60×10~(-4)S/cm;温度在-20～60℃时,该薄膜离子活化能为4. 86 eV,温度在60～100℃时,离子活化能为0. 22 eV。     

Zn+注入对p-GaN/Ni/Au欧姆接触特性的影响

首次采用离子注入工艺研究金属电极和p-GaN的欧姆接触特性.Zn为Ⅱ族元素,可以提高p-GaN表面的栽流子浓度,对p-GaN/Ni/Au(5/10nm)界面处进行Zn+注入.经Zn+注入后的样品在空气氛围中快速热退火处理5min,以减少离子注入带来的晶格损伤.研究发现Zn+注入改善了p-GaN/Ni/Au的欧姆接触特性,接触电阻率ρc从10-1Ω·cm2数量级降低到10-3Ω·cm2数量级.研究了不同Zn+注入剂量(5×1015、1×1016、5×1016cm-2)对接触电阻率的影响,在注入剂量为1×1016cm-2、300℃下退火得到最优的接触电阻率为1.45×10-3Ω·cm2.用扫描电子显微镜观察了离子注入前后的表面形貌变化,探讨了接触电阻率改变的内在机制.     

一种新的掺稀土元素a-Si:H材料

一种新的掺稀土元素钇(Y)的a-Si:H 材料已被研制出来。该材料的电导率随掺 Y浓度而改变,当掺 Y 浓度约10~(2)时,a-Si:H(Y)的室温直流电导率达到10一~(-1)Ω~(-1)cm~(-1)较 a-Si:H 合金提高八个数量级。测量表明这种 a-Si:H(Y)新材料是 n 型的。对因掺杂浓     

可充电Zn/V_2O_5固态电池

蒙脱石是一种丰富廉价的天然矿物,具有开放的层状结构和良好的离子导电性,已被用于固态电池。本文使用蒙脱石为固体电解质研究了可充电的Zn/V_2O_5固态电池的性能。Zn/V_2O_5固态电池的开路电压随着 V_2O_5复合阴极中 V_2O_5含量的减少而下降,其变     

蒙脱石固体电解质的电性能研究

蒙脱石固体电解质为多种离子导电材料,为了研究其电性能,特别是正确测量其离子导电性能(如离子电导率,导电激活能)是非常重要的。本文成功地用交、直流方法研究了蒙脱石固体电解质的电性能,并对测量结果和物理意义进行了合理的解释。     

用Zn掺杂和热处理改善SnS薄膜的电学特性

用质量比为1%∶0.2%(质量分数)的Sn、S混合粉末在玻璃衬底上热蒸发沉积SnS薄膜,氮气保护下对薄膜进行350℃、40min热处理后,得到简单正交晶系SnS多晶薄膜,薄膜的电阻率为103Ω.cm,选择2%和4%(质量分数)的Zn掺杂来改善SnS薄膜的导电性。研究表明,SnS∶Zn薄膜最有效的热处理条件为300℃、40min,掺Zn后薄膜的物相结构转为简单正交和面心正交晶系混合相,SnS∶Zn薄膜(2%和4%(质量分数))的电阻率在1.8528×10-3～4.944×10-4Ω.cm之间,导电类型为N型。薄膜中Sn和S分别呈+2和-2价,Zn显示+2价,以间隙和替位两种状态存在于SnS中,对薄膜导电性起改善作用的是间隙态的Zn离子。     

Na_3In_2(PO_4)_3的高温相转变

对化合物 Na_3In_2(PO_4)_3进行差热分析、高温显微镜观察和高温 X 射线衍射研究表明,在升温过程中,化合物经历了超结构相变。在1300℃左右时发生一级可逆相转变。电导测量表明,超结构相 Na_3In_2(PO_4)_3从室温至300℃的电导率均小于10~(?)(Ω·cm)~(-1)。由于超结构的出现可以视作亚晶格的有序化。而无序相的电导率(例 NASICON)大于10~(-6)(Ω·cm)~(-1),所以有序相的电导率大大低于无序相的电导率。     

Gd_2O_3掺杂量对Ce_(1-x)Gd_xO_(2-δ)电解质导电性能的影响

在500～700℃时,Gd_2O_3掺杂CeO_2具有较高的离子电导率,从而被广泛应用于中温固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)中。但在SOFC运行时,在电池的阳极侧Ce~(4+)会被还原成Ce~(3+),产生电子泄露现象,从而造成SOFC电池性能的衰减。采用溶胶-凝胶法成功制备Ce_(1-x)Gd_xO_(2-δ)(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,摩尔分数)固体电解质,研究不同Gd~(3+)掺杂量对GDC电解质总电导率和电子电导率的影响,同时对总电导率、电子电导率与温度、氧分压之间的关系进行分析。结果表明:测试温度为750℃、Gd~(3+)掺杂量为0.20时,GDC电解质的总电导率最大,达到8.59×10~(-2) S·cm~(-1);电子电导率随着Gd~(3+)掺杂量的增大而降低,当Gd~(3+)掺杂量为0.10、测试温度为750℃时,GDC电解质的电子电导率最大,为6.47×10~(-4) S·cm~(-1)。Gd_2O_3掺杂量为0.20的GDC电解质具有最高的总电导率和较小的电子电导率,从而突显出最高的离子电导率。     

聚(二甲基丙烯酸多缩乙二醇酯-甲基丙烯酸锂)固体电解质研究

以聚乙二醇(PEG)为原料,在PEG端基引入双键,合成了制备聚合物固体电解质的基体材料单体——二甲基丙烯酸多缩乙二醇酯(MEO_nM)。并研究了MEO_nM与甲基丙烯酸锂(MALi)的共聚、成膜反应,制备了单离子导电的共聚物薄膜。该薄膜既具有良好的导电性又具有良好的力学性能。其最高室温电导率可达10~(-6)Scm~(-1),100℃时可达10~(-4)Scm~(-1);而且在直流电压连续作用下,电导率-时间稳定性好,是理想的聚合物电解质材料。本文还研究了影响共聚物薄膜导电性和成膜性的因素。并采用DSC、X射线衍射等分析手段对共聚物的结构和形态进行了研究。     

Poly(VBMIMPF_6)/BMIMPF_6离子凝胶的制备与性能

以1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐(VBMIMPF6)为单体,1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF6)为溶剂和电解质,并以聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为交联剂,采用原位紫外交联的方法制备出了一种新型聚离子液体基离子凝胶电解质。通过扫描电子显微镜、流变性能、力学拉伸和电化学交流阻抗等手段,考察了离子凝胶电解质的微观结构、流变性能、力学性能和电学性能。流变性能测试结果表明,离子凝胶具有很高的储能模量(10~4~10~5 Pa),且温度200℃内储能模量基本保持不变。拉伸性能测试结果表明,体系具有很强的力学性能且拉伸强度达到10~5 Pa数量级。电学性能测试结果表明室温下离子凝胶具有很高的电导率(10~(-4)~10~(-3)S/cm),且电导率随BMIMPF6含量的增加而增大。     

高分子金属——聚乙炔

物质可分为导电体,半导体和绝缘体,通常绝缘体的电导小于10~(-7)Ω~(-1)cm~(-1),半导体的电导在10~(-7)至10~0Ω~(-1)cm~(-1)之间,金属的电导在10°～10~6Ω~(-1)cm~(-1),如图1所示。     

室温一步法合成的交联聚醚高分子固体电解质薄膜

用室温一步法由2000左右分子量的聚乙二醇衍生物和多官能异氰酸酯PAPl合成了交联聚硅类高分子固体电解质薄膜。该种薄膜厚度在100μ左右,室温离子电导率为10~(-5)S/cm数量级,且具有较好的尺寸稳定性。若加入丙烯碳酸酯或N-甲基乙玖胺作添加剂,可使该种高分子固体电解质薄膜的室温离子电导率达10~(-4)S/cm以上。     

锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率

归纳总结了锑掺杂二气化锡(ATO)的导电机理,晶格的氧缺位、5价Sb杂质在SnO_2禁带形成施主能级并向导带提供n-型载流于是ATO导电的两种主要机理。从材料的电导率公式出发,定性分析了二氧化锡中掺杂锑的含量存在理论最佳值,根据已有模型计算证明了锑掺杂二氧化锡电导率存在理论上限。掺杂二氧化锡中锑的最佳理论含量为1.49％(质量分数),锑掺杂二氧化锡理论电导率最高为0.2×10~4(Ω·cm)~(-1),氧空位对ATO电导率的贡献为0.1392×10~4(n·cm)~(-1),大于掺杂电子对ATO电导率的贡献(0.061×10~4(Ω·cm)~(-1))。     

掺杂型固态电解质Li1.4Al0.4ZrxTi1.6-x(PO4)3的制备及其在锂硫电池中的应用

以LiNO_3、Al(NO_3)_3、ZrO(NO_3)_2、NH_4H_2PO_4、Ti(OC_4H_9)_4为原料,采用修饰的溶胶凝胶法制备出NASICON型固态电解质Li_(1.4)Al_(0.4)Zr_xTi_(1.6-x)(PO_4)_3(LAZTP),通过烧结得到固态电解质片。研究了Zr~(4+)掺杂取代Ti~(4+)对固态电解质性能的影响。分别采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、电化学阻抗谱(EIS)表征了固态电解质的结构和电化学性能。结果表明,固体电解质Li_(1.4)Al_(0.4)Zr_xTi_(1.6-x)(PO_4)_3在掺Zr量为x=0.1时具有最高的纯度、好的致密度(98%)和高的离子电导率(体电导率和总电导率分别为2.8×10~(-3)S/cm、1.4×10~(-3)S/cm)。将该样品用作锂硫电池的电解质并采用恒流充放电法测试电池的电化学性能,电池在50mA/g的电流密度下首次可逆容量为1187mAh/g,循环40次后可逆容量仍达990mAh/g,显示出比液态锂硫电池更好的充放电性能和循环稳定性。     

镓、铟掺杂 a-Si∶H的一些性质

Ga、In 掺杂比 B_2H_6掺杂的 a-Si∶H 具有较高的光电导率,而且直至 σ_D=10~(-3)(Ω·cm)~(-1)尚未出现猝灭现象。Ga、In 也使得 E_(?)以下1.2 eV 处缺陷态密度 N_s 增大。用不同掺杂剂制备 σ_D 相同的试样具有相同的 N_s,因此 N_s 的增大是由活性掺杂的结果,与掺杂剂无关。Ga、In 对吸收边的影响远小于 B_2H_6。这可能是由于它们电负性较小,原子较大,不如硼原子那样易构成桥式三中心键的缘故。     

Li 盐与聚环氧乙烷复合电解质膜的电化学性能与稳定性

以溶液浇铸法合成了聚环氧乙烷-Li 盐复合物 LiClO_4·(PEO)_n 和 LiCF_3SO_3·(PEO)_n。用交流阻抗法、线性极化技术和电位扫描伏安法研究材料的电化学性能.并以热重分析法(TGA)和热变形性能(TMA)测定热化学稳定性和耐热力学性能。对于 LiClO_4·(PEO)_n 体系(n=9—23),σ_(45∶C)>10~(-5)S/cm;σ_(65∶C)>10~(-4)S/cm;LiCF_3SO_4·(PEO)_n 体系(n=9—27),σ_(65∶C)>10~(-5)S/cm,σ_(100∶C)>10~(-4)S/cm.分解电压 E_d>4.5V,热分解温度 T_d>250℃。这类材料可以作为80—120℃工作的全固态高能 Li 蓄电池的固体电解质材料。     

掺Zn改善SnS2光电薄膜的性能

热蒸发制备Zn掺杂SnS2薄膜,研究不同Zn含量及热处理条件对薄膜的物相结构、表面形貌和光电性能的影响。实验给出用Sn∶S=1∶1.08(wt)混合粉末沉积的薄膜,经380℃、15min热处理后得到简单正交晶系的SnS2薄膜;9(wt%)掺Zn后的薄膜热处理条件为370℃、20min。Sn、S和Zn分别以正4价、负2价和正2价存在于薄膜中。SnS2薄膜的直接光学带隙为2.12eV,掺Zn后为2.07eV;薄膜的电阻率从未掺Zn时的4.97×102Ω.cm降低到2.0Ω.cm,下降了两个数量级,所有SnS2薄膜导电类型均为N型。     

Li_(14)Zn(GeO_4)_4基Li~+/H~+共传导中低温电解质

固体氧化物燃料电池技术已历经近150年的发展史,但目前仍在努力步入市场化进程中。过高的工作温度[氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)基800℃]是限制其商业化推广的主要原因,而研发低温电解质是降低其工作温度的关键步骤。本研究通过第一性原理计算,报道了一种中低温(200~600℃)基质子传输电解质Li_(14)Zn(GeO_4)_4(LZG),建立了质子在LZG内传输分子动力学模型。通过理论模拟,提出LZG为中低温基锂离子/质子混合传导电解质,质子经锂离子/质子交换机制,通过LZG内存在的锂离子空位而引入,并模拟了质子与锂离子在锂离子空位的传导机制。进一步通过计算得出,质子在LZG电解质内部以较高的离子迁移系数通过锂离子空位进行传输,并得到不同位点锂离子与质子迁移系数随温度变化曲线。最后给出不同离子在LZG电解质内迁移的电子态密度。本研究为新型电解质的研发提供了理论指导,有益于将固体氧化物燃料电池(SOFCs)工作温度从中高温区(600℃)向中低温区(200~600℃)推进。