煤基碳纳米片宏观体的结构调控及电化学性能

煤炭的洁净加工与高效利用是国家实施能源发展战略的核心内容,而煤的材料化是实现其低碳高值化利用的重要途径之一。以自制煤基石墨为原料,采用液相氧化-热还原工艺制备三维层次孔煤基碳纳米片宏观体(CCNSs),利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、低温氮气吸附仪、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)等手段表征其微观结构,并采用恒流充放电和循环伏安测试探究CCNSs用作锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,煤基石墨经液相氧化-热还原处理可制备出富含多孔结构和石墨微晶片层的碳纳米片宏观体。氧化剂用量是影响CCNSs微观结构的重要因素,通过调节氧化剂的用量可实现对CCNSs中多孔结构和石墨微晶片层结构的有效调控。当氧化剂与煤基石墨的质量比为4时,CCNSs-3材料以相互交联的类石墨烯片层为主体骨架,辅以孔径为1.5～100 nm的"微孔-中孔-大孔"层次多孔结构,共同构筑成3D层次孔煤基碳纳米片宏观体,其石墨微晶含量约为38.9%,比表面积达285.6 m²/g,且含有5.47%的氧原子掺杂。在3D层次孔结构和石墨微晶片层的协同作用...     

煤基石墨烯/Fe2O3自支撑电极的制备及其储锂性能

基于煤炭开发新型碳纳米材料,用于增强过渡金属氧化物电化学性能,构筑高比容量、高稳定性锂离子电池负极材料具有巨大的应用潜力。以宁夏太西无烟煤为碳质前体,采用高温石墨化-化学氧化策略制备得到煤基氧化石墨烯(CGO),并以多孔泡沫镍为3D支撑骨架和集流体,依次以含铁的DMF/H_2O混合溶液和CGO水溶液为电解液,通过二次原位电沉积技术构建了煤基石墨烯/三氧化二铁(CG/Fe_2O_3)自支撑复合材料。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman Spectra)等手段对产物的形貌结构和物相组成进行了表征。结果表明,DMF与H_2O的体积比为1∶1时,所制备的Fe_2O_3自支撑材料呈鹿角状结构;CGO的质量浓度为0.1 mg/mL时,所制备的CG/Fe_2O_3-1复合材料呈现分级多孔自支撑结构。将CG/Fe_2O_3-1自支撑复合材料直接作为锂离子电池负极,在1.0 A/g大电流密度下,具有1 156 mA·h/g的高可逆容量,容量保持率达88.9%;当电流密度提升至5.0 A/g时,容量仍可保持在1 074 mA·h/g左右,展现出优异的倍率性能。电荷储存机理分析表明,CG/Fe_2O_3-1复合电极的电容主要源于电池充放电过程中CG产生的双电层电容以及Fe_2O_3氧化还原反应产生的赝电容贡献。这种出色的储锂性能归因于分级自支撑负极的宏观设计,其赋予CG/Fe_2O_3-1更加稳定的空间结构和通畅的Li~+传输通道,能够有效改善Fe_2O_3充放电过程中的体积变化,加速锂化/脱锂动力学。     

沥青炭包覆对球形石墨电化学性能的影响

这是一篇矿物材料领域的论文。通过沥青包覆球形晶质石墨和炭化处理制备出锂离子电池负极材料,系统探究了沥青软化点对沥青炭化包覆球形晶质石墨负极材料结构和电化学性能的影响。结果表明,沥青炭化包覆后在石墨表面形成了一层无定形炭,改善了球形晶质石墨的表面形貌,但未改变其晶体结构;高沥青软化点包覆后的复合材料具有更好的电化学性能和循环稳定性,在温度为280℃条件下,经过30次循环充放电后容量没有明显的衰减,容量保持率为85.07%,比未处理的试样提高了4.74%。     

锂离子电池MoO_2负极材料的水热法合成及其电化学性能

以四水合钼酸铵(AHM)、乙二醇(EG)为原料,采用水热法合成MoO2材料,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试研究材料的结构和电化学性能。结果表明,水热法合成的MoO2粒径为20~30 nm,材料表现出良好的电化学性能。首次放电比容量为664.3 m A·h/g,充放电效率较高,首次充放电的库伦效率高达94%,在20个充放电循环过后,仍有较高的容量保持率,MoO2作为锂离子电池负极材料展现出良好的容量存储和循环性能。     

煤基纳米碳材料制备技术的研究与应用

纳米碳材料可以由化工产品、木材、煤等原料制取,在现代工业中发挥着越来越重要的作用。我国煤炭资源丰富,开发煤基纳米碳材料制备技术意义重大。文章介绍了碳纳米管和石墨烯两种具有代表性纳米碳材料的结构、特点、应用前景,阐述了以煤为原料制备两种材料的工艺流程,以为提高煤炭资源的综合利用程度提供理论参考。     

纳米Si粉在高容量锂离子电池负极中的应用研究

通过感应等离子体蒸发凝聚法制备纳米Si粉,以葡萄糖为有机碳源,经高温碳化将纳米Si粉钉扎在石墨载体表面制备出Si/C复合负极材料,采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(0FESEM)和电化学性能测试等对比分析了纳米Si粉、石墨载体和Si/C复合负极材料的结构和性能。结果表明,纳米Si粉作为锂离子电池负极材料首次放电容量和可逆充电容量分别为3 519.4 m Ah/g和2 063.7m Ah/g,但是首次效率只有58.6%,且循环寿命差,Si/C复合负极材料能够有效缓冲纳米Si粉的体积变化,发挥较高的可逆储锂容量,提高循环寿命,但是需进一步改善首次效率。     

基于电化学储能的产业进入方式浅析

习近平总书记在十九大报告明确指出推进绿色发展,壮大清洁能源产业,推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,到2030年,非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50%。新能源大规模并网必然增加系统的平衡成本和容量成本。储能,尤其是电化学储能的发展是清洁能源得以充分开发利用的最佳技术支撑和有效解决途径。本文通过对国内储能产业前景、目前发展制约因素进行了分析,阐述了发展储能产业的必要性、可能性及措施建议,对国家能源集团如何进入储能产业提出了建议。     

微纳米多孔Si-Ag颗粒掺杂石墨负极材料及其电性能

为解决锂离子电池石墨负极材料充放电效率低的问题,采用成本低廉的人造石墨,并掺杂微纳米多孔Si-Ag颗粒来改善石墨的导电性及提高充放电效率,利用化学刻蚀法制备了微纳米多孔Si-Ag粉体,并将70％ 人造石墨与30％ 的多孔Si-Ag粉体球磨形成夹层式复合结构.采用SEM、TEM、XRD及电池测试系统对多孔Si-Ag粉体材...     

二次插层法制备纳米石墨片的摩擦学性能

以双氧水为氧化剂,硫酸为插层剂,对天然石墨进行插层、膨化处理获得一次可膨胀石墨和一次膨胀石墨.分别对一次可膨胀石墨和一次膨胀石墨进行二次插层、膨化处理,获得两种二次插层膨胀石墨.将上述膨胀石墨进行超声波剥离制备纳米石墨片.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对相应产物进行表征,将纳米石墨片加...     

Ti3C2 Mxene的制备及其电化学性能研究

采用氢氟酸刻蚀法制备了Ti₃C₂ MXene,研究了刻蚀温度和刻蚀时间对Ti₃C₂结构、形貌及电化学性能的影响。研究结果表明,室温下制备的Ti₃C₂呈手风琴状,随着刻蚀温度升高,Ti₃C₂层间距逐渐增大,且多层Ti₃C₂逐渐转变成单层结构。室温下刻蚀速度较为缓慢; 随着刻蚀时间延长,Al原子层逐渐被溶解,刻蚀24 h以上可得到手风琴状多层Ti₃C₂。电化学研究结果表明,室温下刻蚀24 h制备的多层Ti₃C₂ MXene电化学性能较好,该样品在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为450.6 mAh/g,循环700次后比容量仍有124.1 mAh/g。     

机械力储能对石墨-磁铁矿体系碳热还原热力学的影响

分析了石墨和磁铁矿的机械活化能, 并就其对碳气化反应及磁铁矿碳热还原反应热力学的影响进行了理论探讨。研究结果表明, 石墨或磁铁矿的储能均可使磁铁矿碳热还原温度降低。磁铁矿的储能对还原热力学的影响方式是直接的, 而石墨的储能对还原热力学的影响是间接的: 石墨储能导致气化反应平衡常数增大, 从而间接影响磁铁矿的碳热还原热力学。另外, 磁铁矿的两个还原反应1/4Fe₃O₄+CO=3/4Fe+CO₂和Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂的转折温度随磁铁矿储能的增加而线性下降, 但不受石墨储能的影响。     

微膨胀石墨的制备及其储锂性能研究

以天然鳞片石墨为原料,浓HNO3和HCOOH分别为氧化剂和插层剂制备插层石墨化合物,然后采用沥青包覆得到微膨胀石墨,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电性能测试等方法研究了HNO3用量对微膨胀石墨结构和储锂性能的影响。结果表明,采用先插层再炭包覆的方法能够获得碳层间距被拉大并预留膨胀空间的微膨胀石墨,HNO3用量对石墨膨胀倍数影响明显,随着HNO3用量的增大,石墨膨胀倍数呈现线性增大趋势,而HNO3用量对石墨碳层间距d(002)影响不明显,d(002)稳定在0.3386~0.3393 nm。微膨胀石墨放电容量为321 m Ah/g,经过100次循环后容量保持率为91.5%,5C放电容量保持了1C放电容量的97.2%,展示了良好的循环性能和倍率放电性能。     

多孔石墨烯纳米片阵列的制备与储钾性能研究

石墨烯钾离子电池（PIBs）具有原料储量丰富及与锂离子电池接近的标准电位的优势,在储能领域受到广泛关注。快速储能特性对于钾离子电池的应用具有重要意义。石墨烯具有良好的导电性及较短的离子电子扩散路径,是钾离子电池负极材料的理想选材之一。与离子插层相比,石墨烯基于吸脱附机制的储能更有利于快速充放电,且具有较长的电极寿命。不同于石墨烯的结构调控、掺杂及无序化等改性方法,制备多孔石墨烯有利于增加更多的缺陷活性位点及更大的比表面积,进而提升其基于吸脱附机制的快速储能性能。首先将少层石墨烯纳米片阵列（GNS）负载超细ZnO纳米颗粒,然后采用碳热还原法制备出多孔石墨烯纳米片阵列的电极（P-GNS）,并将其用于钾离子电池。结果表明,P-GNS可有效地提升钾离子电池的倍率性能,在较大电流密度（3 A·g^-1）下的容量达到181.6 mAh·g^-1,在电流密度1 A·g^-1下经1 000次循环后的容量保持率仍有80.6%,表现出优异的循环性能。全电池在1 A·g^-1电流密度下也表现出较好的大倍率性能,循环50次后的容量仍有87.4 mAh·g^-1。储能机理研究表明,石墨烯电极造孔可使基于吸脱附电容性储能的活性位点明显增多,进而有效地提升了电池大倍率充放电性能。另外,基于脱吸附的储钾过程不会破坏材料,有利于石墨烯维持结构的稳定,进而大幅提升了电池的循环寿命。本研究为构建石墨烯基快速储能材料,以及发展大倍率长寿命钾离子电池提供了参考。     

沥青碳包覆量对隐晶质石墨电化学性能的影响

以吉林某地高纯球形化隐晶质石墨为原料,利用石油沥青对其进行包覆-炭化改性处理,制备锂离子电池负极材料,考察了沥青碳包覆量对隐晶质石墨负极材料结构及电化学性能的影响。结果表明,沥青碳包覆层改善了隐晶质石墨的表面形貌,改性后的隐晶质石墨具有更好的循环充放电性能和倍率充放电性能。当包覆量为14%时,经30次循环充放电后试样的放电容量保持率较未改性试样提高8.88%。当包覆量为18%时,在1 C电流密度下,试样放电容量保持率较未改性试样提高69.12%。     

锂电池负极材料四氧化三钴的结构优化及其电化学性能研究

以异丙醇作为溶剂,通过溶剂热法在不同反应时间下制备了前驱体碳酸钴,再采用高温煅烧法制备了超细纳米/微米多孔四氧化三钴粉末,研究了反应时间对前驱体碳酸钴及四氧化三钴的组成及形貌的影响,并测定了四氧化三钴负极材料电化学性能.结果表明,纳米/微米球(2～4μm)由细小且均匀的四氧化三钴纳米颗粒和孔洞组成;以四氧化三钴作为锂离...     

新型纳米硅/碳复合材料的制备及其电化学性能

为缓解纳米硅粉的体积膨胀,并有效提高其电导率,采用直流电弧等离子蒸发法和液相分散制备高纯、高分散性纳米硅粉,并以蔗糖为碳源,再与膨胀石墨复合,制备出一种新型纳米硅碳复合负极材料。研究结果表明:纯纳米硅在0.1C的倍率下首次放电比容量达到2 712mAh/g,但首次库伦效率仅为33.81%;所制备的纳米硅碳复合材料在0.1C的倍率下,首次充、放电容量分别为615mAh/g和917mAh/g,50个循环以后可逆比容量保持在495mAh/g,循环性能和倍率性能大大改善。     

锂离子电池负极材料LiFeTiO_4/C的制备及其电化学性能

以Li_2CO_3、Fe_2O_3和TiO_2为原料,葡萄糖为碳源,采用高温固相法合成了锂离子电池LiFeTiO_4/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等手段对材料的晶体结构和形貌进行了表征,通过恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗对材料的电化学性能进行了测试。结果表明,碳包覆后的LiFeTiO_4负极材料循环性能优于未经碳包覆的材料。在室温下,充放电倍率为0.5C时,LiFeTiO_4/C负极材料的首次放电比容量为327.8 m Ah/g,循环50周后仍保持在308.3 m Ah/g。     

金属Al作为锂离子二次电池负极材料的制备和机理研究

采用金属铝片和金属锂片组装纽扣电池。通过电化学性能测试和充放电前后Al 片的X射线衍射分析及SEM显微观察,表明在合适充放电条件下, Al与Li形成金属间化合物, 具有较高的电化学容量和一定的循环性能。     

溶胶-凝胶法制备LiFePO_4/C及其电化学性能

以硝酸铁、磷酸二氢铵、氢氧化锂为原料,以聚乙二醇PEG-4000为螯合剂和碳源,采用溶胶-凝胶法制备了LiFePO4/C。利用XRD、SEM、电化学性能测试等手段对LiFePO4/C的物相结构、形貌、电化学性能进行表征。结果表明:PEG-4000作为螯合剂和碳源,使得样品的粒径较小且分布均匀。650℃烧结18h所合成的样品具有最佳的电化学性能,0.1C首次充、放电容量分别为152.7、150.6 mAh/g;循环30次后容量为146 mAh/g,容量衰减率为3.05%。     

Sb/MoS2/C复合材料的制备及其电化学性能研究

结合水热法和冷冻干燥法制备了高容量锂离子电池负极材料Sb/MoS₂/C,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,合成的Sb/MoS₂/C复合材料的形貌结构为纳米片状。通过恒流充放电对样品进行电化学性能测试,结果表明,该材料具有杰出的电化学性能,在0.2 A/g电流密度下,循环200次后容量保持率为99%。