Al2O3包覆锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的改性研究

采用氢氧化物共沉淀法合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,对产物进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学性能分析,结果表明,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在0.5C下的循环性能和倍率性能较差,100次循环后,Li+的嵌入/脱嵌的界面阻抗(Rf)和电荷转移阻抗(Rct)迅速增加,极化增大。为改善其电化学性能,以尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀法,在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面包覆不同比例Al2O3包覆层,研究其对LiNi0.8-Co0.1Mn0.1O2电化学性能的影响。在所有的样品中,1%Al2O3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有最优的六方晶型α-NaFeO2层状结构和最低的阳离子混排度。SEM和TEM图表明无定形透明多孔Al2O3包覆层均匀地包覆在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面。与纯相相比,1%Al2O3包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有较好的电化学性能,包括相对较高的首次放电容量189.56mAh·g-1、最高的首次库伦效率87.95%、较好的循环性能和倍率性能。循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)结果表明,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能得到提高是由于Al2O3包覆层可以抑制电解液与正极副反应的发生,从而减小循环过程中界面阻抗值和电荷转移阻抗值的增大。     

K_2CO_3添加对提高Si/C负极电化学性能的作用

本文研究了Si/C锂离子电池负极材料中K_2CO_3的添加对提高电极电化学性能的作用及其作用机理。采用恒流充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)研究了不同K_2CO_3添加量对Si/C负极电化学性能的影响;通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法分析了K_2CO_3添加对Si/C负极在循环过程中结构和成分变化的影响。研究结果表明,加入K_2CO_3后,由于电极在循环过程中结构稳定性增强以及电极的固体电解质界面(SEI)膜阻抗和电荷转移阻抗减少,使Si/C负极的循环稳定性和倍率性能得到明显提高。     

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%.     

温度对燃烧包覆LiMn2O4/ZnO及其电性能的影响

通过葡萄糖辅助低温燃烧制备ZnO包覆型LiMn2O4,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、循环伏安、交流阻抗以及恒流充放电测试等手段,研究了温度对产物晶体结构、微观形貌及电化学性能的影响。XRD结果表明所有产物均为单相尖晶石型LiMn2O4结构。SEM结果表明产物的颗粒尺寸随温度的升高而增大。电化学性能测试表明400℃和500℃制备的LiMn2O4/ZnO具有相对优异的电化学性能,室温1C条件下首次放电比容量分别为119.3mAh/g、116.3mAh/g,循环100次后容量保持率分别85.6%、87.8%。尖晶石LiMn2O4电极的阻抗谱特征与温度有关,电池的电化学性能主要受电荷转移电阻(Rct)影响。     

固体氧化物燃料电池多层复合阴极的制备及性能研究

为了改善固体氧化物燃料电池的阴极热循环性能,采用喷涂方法在Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）电解质片的表面制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3（LSCF）-（SDC）3层复合阴极,各层LSCF所占比例依次为40%、70%和100%（质量分数）.X射线衍射结果表明,LSCF与SDC无明显的反应.每层材料的热膨胀系数随LSCF含量的增加而增大,电阻率随LSCF含量的增加而下降.SEM观测证明阴极呈现多孔的微结构,且与电解质表面接触良好.在中温（500～800℃）测得的阴极极化曲线和阻抗谱结果表明,多层阴极材料具有比单层LSCF阴极更好的电化学性能和热循环稳定性,5次热循环后性能衰退从58%下降到12%.     

锌电沉积用Al/ Pb-Ag-Sn阳极的电化学性能研究

采用电沉积的方法在铝基体表面制备Pb-0.8%Ag-0.1%Sn复合阳极材料,并应用于电解锌中.研究了电沉积Pb-0.8%Ag-0.1%Sn复合阳极材料和电沉积Pb-0.8%Ag阳极材料及铸造Pb-0.8%Ag阳极材料在Zn SO4-H2SO4体系下极化24 h后的电化学性能,同时利用X射线衍射仪和扫描电镜分别分析三种阳极材料的相组成及观察三种阳极材料的微观形貌.结果显示:电沉积Pb-0.8%Ag-0.1%Sn复合阳极材料电催化性能和耐腐蚀性能比电沉积Pb-0.8%Ag复合阳极材料及铸造Pb-0.8%Ag阳极材料好.X-射线衍射图显示,对应的Pb-0.8%Ag-0.1%Sn阳极表面上β-Pb O2(101)和Pb Ox(1x2)(122)的衍射峰强度最强,说明Pb-0.8%Ag-0.1%Sn阳极表面的导电性优于另外两种阳极.扫描电镜图像显示Pb-0.8%Ag-0.1%Sn复合阳极材料表面形貌更加致密均匀.     

C/SnO2/TiO2纳米复合物的制备及其电化学性能研究

通过碳化吸附在SnO2/TiO2电极上的葡萄糖制备出C/SnO2/TiO2纳米复合电极材料。采用晶体粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等手段对复合电极进行了表征。将复合电极作为锂离子电池负极材料,通过循环伏安和计时电位法研究了其电化学性能。结果表明,在大的电流密度200μA·cm-2下循环30次后,放电容量仍保持在120.1μAh·cm-2。相比SnO2/TiO2电极,C/SnO2/TiO2复合电极电化学性能显著提高,交流阻抗谱图也显示C/SnO2/TiO2纳米复合材料拥有更低的电荷转移电阻。     

TiO2 /BiFeO3薄膜中增强的磁性和铁电性能

为改善铁酸铋(Bi Fe O3)薄膜的铁电性能,通过溶胶-凝胶和磁控溅射的方法在Au/Pt/Cr/Si基底上制备了Ti O2/Bi Fe O3(Ti O2/BFO)和Bi Fe O3薄膜.采用扫描探针显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、铁电测试仪和物理性能测量仪对薄膜进行了物性表征.实验结果表明:Ti O2阻挡层抑制了BFO薄膜表面缺陷的形成,提高了复合薄膜的绝缘性能,使Ti O2/BFO薄膜中泄漏电流明显降低,且导电机制由欧姆型向空间电荷限制传导型转变.此外,溅射Ti O2阻挡层破坏了BFO表面的螺旋结构,使Ti O2和BFO之间晶格失配而产生界面应力,提高了薄膜的磁电性能.在顶电极和铁电层之间引入阻挡层是提高BFO薄膜磁电性能的一种有效方法.     

Sn含量对Al/Pb-Sn复合阳极在电积铜过程中结构和性能的影响

为了制备性能优异的电积铜用阳极,采用电沉积的方法在铝合金基体表面制备了电积铜用Al/Pb-Sn复合阳极。通过循环伏安法(CV)和时间-电位(t-E)曲线分析了Al/Pb-Sn复合阳极膜在电积铜过程中的阳极过程、耐蚀性和电催化活性;采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析复合电极的形貌及相结构;研究了Sn含量对复合阳极在电极铜过程中结构和性能的影响。CV和t-E曲线分析显示Sn含量的增加促进了Al/Pb-Sn复合阳极阳极反应的进行,使Al/Pb-Sn复合阳极耐腐蚀性和电催化活性增大。SEM分析显示随着Sn含量的增大,Al/Pb-Sn复合阳极的镀态表面和氧化膜的晶粒尺寸增大。XRD谱分析显示随着Sn含量的增大,阳极膜上具有较高电催化活性和耐蚀性的β-PbO_2相含量增大。     

溶剂组成对尖晶石LiMn2O4正极材料电化学性能的影响

使用恒电流充放电和粉末微电极循环伏安方法研究了尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂的电解质溶液中的电化学性能，结合溶剂组分和电解质溶液的理化特性,探讨了影响尖晶石LiMn2O4正极材料电化学性能的溶剂因素。研究表明，电解质溶液组分在电极导电剂表面的氧化电位是决定LiMn2O4电极在其中的电化学循环性能的重要因素。在满足一定的氧化电位的前提下，LiMn2O4初始放电容量与电解质溶液的电导率大小有关。     

O2,金属电极/YSZ界面的电化学研究

本文利用交流阻抗和直流极化的电化学方法，比较了200～500℃氧在Pt、Ag、Au、Ag－Pd四种化学镀电极上的扩散，350～600℃氧在金属电极／YSZ界面的电化学反应速度以及阴阳电荷传递系数；计算了350～600℃四种电极的界面阻抗；研究了400℃时O2在Ag－Pd电极界面的交换电流密度Io与氧分压Po2的定量关系．     

La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3-δCe0.8Sm0.2O1.9作为SOFC阳极材料的研究

较低的催化活性大大地限制了La0．85Sr0．15Cr0．9Ni0．1O3-δ-（LSCN）作为直接碳氢化合物燃料SOFC阳极材料的应用．本文尝试用Pechini法合成LSCN，并按重量比1：1向其中加入纳米Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）作为阳极材料．经1500℃高温烧结12h后，LSCN与SDC以及电解质YSZ仍可以保持各自独立的相结构．加入SDC没能提高阳极的电导率，但由于改善了阳极电解质界面的结合状况，扩展了电极反应的活性区域，使阳极材料的极化性能有了提高．显微结构观察品示．LSCN-SDC阳极存甲烷与氧中使用时没有碳沉积现象．     

相变燃料电极实现固体氧化物电池高效可逆CO/CO2转化

固体氧化物电池可实现CO/CO₂的可逆转化,在电能和化学能相互转化过程中显示出巨大潜力.然而,其商业化进展一直受到燃料极抗积碳性能差的限制.本工作中,我们发展了一种CoFe合金纳米颗粒和Ruddlesden-Popper层状结构Sr₃Fe_1.25Mo_0.75O₇-δ复合新型燃料电极(CoFe-SFM),其可以通过钙钛矿Sr₂Fe_7/6Mo_0.5Co_1/3O_6-δ在还原气氛中退火发生相变得到.电化学阻抗谱和弛豫时间分步法分析可知CoFe-SFM电极通过改善体相氧化学扩散能力和表面氧交换过程来增强CO氧化和CO₂还原动力学.在固体氧化物燃料电池模式下,800℃的最大功率达到259 mW cm^-2;在固体氧化物电解电池模式下,1.3 V工作电压下单电池的电解电流密度为-0.453 A cm^-2,都远超对比电极材料.在20次SOFC-SOEC循环操作条件下,CoFe-SFM燃料极依然保持稳定的微结构和抗积碳性能,电池性能保持良好.该工作可为CO₂转化、抗积碳电极材料设计和提升电极表界面反应动力学提供一定的指导作用.     

固体氧化物电解池铁酸锶镧基复合阳极的制备及性能研究

分别采用丝网印刷和浸渍法两种工艺制备了固体氧化物电解池(SOEC)铁酸锶镧(LSF)基复合阳极,通过XRD、TEM、SEM等手段对LSF粉体和复合材料的相结构和微观结构进行了分析,利用电位扫描以及电化学阻抗谱(EIS)比较了这些复合阳极在SOEC工作温度800-C时的电化学性能.结果表明,采用共沉淀-共沸蒸馏(CP-AD)合成的LSF20(La0.8Sr0.2FeO3-δ)粉体粒径约为20～30nm,其都分布在氧化锆(YSZ)陶瓷骨架上;800℃时,浸渍法工艺制备的LSF20-YSZ复合阳极在0.1V极化过电位下的极化电流值为0.38～0.49A/cm2,约为丝网印刷工艺制备的电化学性能的2～2.5倍.     

VO_x-Cu浸渍复合阳极支撑的抗硫中温固体氧化物燃料电池的制备与性能

用流延法制备钇稳定氧化锆(YSZ)多孔体素坯,在流延素坯上丝网印刷沉积10Sc1CeSZ电解质,经共烧结得到多孔YSZ支撑致密10Sc1CeSZ薄膜电解质的约为5cm×5cm较大面积的双层膜。在电解质薄膜上依次印刷阻挡层Ce0.8Gd0.2O2(CGO)和阴极La0.6Sr0.4CoO3(LSC)。向多孔YSZ支撑体内浸渍偏钒酸铵、草酸的混合溶液和硝酸铜溶液多次后经低温煅烧后得到V2O5-CuO-YSZ复合阳极。用SEM对双层薄膜结构浸渍前后进行显微结构表征,结果表明流延法制备的多孔YSZ孔洞连通,丝网印刷制备的电解质层致密,电解质厚度约为7μm;浸渍后,催化剂均匀地分布在YSZ孔隙间。在800℃,分别以湿H2和含5.2×10-3体积分数的H2S湿合成气(40%H2,60%CO)为燃料进行电化学测试,开路电压分别为1.07和1.08V,最大功率密度均为37mW/cm2。电性能测试结果表明,该方法制备的固体氧化物燃料电池复合阳极具有抗硫化氢毒化和抗碳沉积的性能。     

纳米结构LSCF-SDC复合阴极的制备及其氧还原机理研究

利用浸渍法制备了La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(LSCF)/Ce_0.8Sm_0.2O_1.9(SDC)纳米复合阴极, 利用XRD、SEM对阴极的相组成及微观结构进行了分析。LSCF前驱体在800℃煅烧4 h后获得平均颗粒尺寸为50 nm的纯LSCF相。测试了在不同LSCF浸渍量及氧分压条件下阴极的阻抗谱, 研究了O₂在LSCF/SDC复合阴极的还原机制及LSCF的浸渍量对复合阴极性能的影响。研究结果表明, 在浸渍法制备的LSCF/SDC纳米复合阴极中, O₂在阴极的还原反应涉及到O₂在阴极表面的吸附与解离、O^2-在阴极体内的传输及O^2-在电极与电解质的界面之间的传输三个子过程, 其中O^2-在阴极体内的传输为O₂的还原反应的速率控制步骤。改变LSCF在阴极的浸渍量并没有改变O^2-在复合阴极的反应机制, 阴极极化电阻随LSCF浸渍量的增加先减小再增大, 浸渍相的体积分数为16.5%时, 阴极极化电阻最小。     

(La,Sr)MnO3/YSZ和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ氧电极SOEC性能的比较研究

构建了氧电极材料分别为(La,Sr)MnO3/YSZ(LSM/YSZ)和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)的固体氧化物电解池(SOEC).在750℃、电流密度为0.25A/cm2的SOEC模式下,分别对两种类型的SOEC进行了约110h的电解实验.结果表明,LSM/YSZ可能是较好的SOEC氧电极材料.依据电化学表现、XRD和微观结构,阐述了两种类型SOEC氧电极性能表现的可能机理.     

纳米Al2O3包覆LiFePO4/C正极材料的结构和电化学性能（英文）

主要研究了纳米氧化铝包覆对LiFePO4/C复合正极材料结构和电化学特性的影响。采用溶胶凝胶方法把纳米氧化铝包覆在商业LiFePO4/C颗粒表面。研究了Al2O3包覆层的量对LiFePO4电极在室温和高温充放电性能的影响。结果显示:2wt%Al2O3包覆层能有效增加电池的循环容量,能延缓电池在高温条件下充放电的容量衰减,减小电极的界面阻抗。这归因于氧化铝包覆层对磷酸铁锂晶粒的表面起保护作用,减少电解液对磷酸铁锂晶粒表面的腐蚀,从而改善循环过程中磷酸铁锂的表面结构的完整和稳定,确保锂离子扩散通道的畅通。     

多壁碳纳米管对钛基二氧化铅电极电化学性能的影响

为提高钛基二氧化铅电极的电化学性能,利用直流电沉积法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂改性的电积锌用钛基二氧化铅复合阳极材料。通过XRD、SEM等测试方法,研究了不同多壁碳纳米管添加量对电极活性层的物相组成、微观形貌的影响规律。结果显示:掺杂MWCNTs后,在与PbO_2共沉积过程中会阻碍PbO_2的连续生长,使PbO_2晶体细化,同时MWCNTs的引入使得PbO_2晶体在(301)晶面发生了明显的择优生长。电化学测试表明,与纯Ti/β-PbO_2电极材料相比,Ti/β-PbO_2/CNTs电极材料具有更好的电化学性能,当MWCNTs的添加量为3.0g/L时,电极的析氧过电位为1.566 V,降低了0.054 V;自腐蚀电流密度为5.225×10-6A/cm2,降低了8.095×10-6A/cm2,电极的电催化活性和耐腐蚀性能得到改善。     

用于超级电容器的高性能石墨烯/CoMoO4复合电极

高性能超级电容器电极材料的开发对于缓解当前的能源危机势在必行,设计和优化混合过渡金属氧化物并研究电化学性能和循环寿命对于超级电容器的实际应用至关重要。在已开发的混合过渡金属氧化物中,由于电活性材料的导电率差并且与电解质的接触受限制,大大限制了所制备电极的电化学性能。我们在本文中提出了一种合成石墨烯/CoMoO_4纳米片的有利设计,使活性材料均匀生长在三维石墨烯泡沫的网状骨架上,充分提高了活性材料的利用率,其独特的结构也增加了电活性材料与电解质界面之间的接触,使赝电容反应充分发生。由于石墨烯的高电子传输速率和CoMoO_4纳米片的高活性,三维复合电极具有出色的电化学性能,具有相对较高的面积比电容(在1 mA cm~(-2)下为2 737 mF cm~(-2))和出色的循环稳定性(在10 mA cm~(-2)下进行4000次循环后,保留原始比电容的81.76%)。这些出色的结果表明,石墨烯/CoMoO_4纳米片复合材料具有巨大的潜力,可作为高性能超级电容器的电极材料。