三维亲锂Cu@Sn纳米锥集流体用于无枝晶锂金属负极

锂在集流体上的不均匀沉积将导致严重的枝晶生长和体积膨胀等问题,传统的商业化泡沫铜集流体由于具有较大的体积和质量会降低电池的能量密度.本文通过简单的电沉积方法制备了体积小、重量轻,具有亲锂性的3D Cu@Sn纳米锥集流体.从成核与沉积的角度出发,纳米锥结构与亲锂的锡纳米颗粒的协同作用促进了锂的均匀沉积,可有效地抑制锂枝晶的生长.组装的半电池在1 mA cm^-2下经过100次循环后,库仑效率高达97.6%,锂对称电池在1 mA cm^-2下可以稳定循环600 h.将沉积金属锂后的Cu@Sn/Li复合负极与LiFePO₄组装的液态全电池在1 C倍率下, 550个循环之后,容量保持率为95.1%.此外, Cu@Sn纳米锥集流体在固态电池Li/Cu@Sn|PVDF–HFP–5 wt%Si O₂|LFP中也表现出优异的电化学性能,在1 C倍率下, 500个循环之后,放电容量未发生衰减.     

金属铋纳米颗粒原位修饰碳纳米管促进锂均匀沉积

锂金属具有高理论比容量和低电化学电位,是发展高能量密度电池最有吸引力的负极材料之一。然而,锂金属负极在反复的沉积/剥离过程中,不可避免地会出现不规则的锂枝晶生长,这将严重影响锂金属电池的循环寿命和使用安全性。本研究发展了一种简单温和的策略,在碳纳米管上原位修饰铋纳米颗粒,并涂覆在商业铜箔表面用作锂金属负极的集流体。研究表明,原位修饰的铋纳米颗粒可显著促进锂均匀沉积,抑制锂枝晶生长,从而提高锂金属电池的电化学性能。在电流密度为1 mA·cm^–2的条件下,基于Bi@CNT/Cu集流体的锂铜电池循环300圈后库仑效率可稳定在98%。基于Li@Bi@CNT/Cu负极的对称电池可稳定循环1000 h。基于Bi@CNT/Cu集流体的磷酸铁锂(LFP)全电池也获得了优异的电化学性能,在1C(170m A·g^–1)倍率下可稳定循环700圈。本研究为抑制锂金属负极枝晶生长提供了新的思路。     

构建亲锂铜基3D集流体实现金属锂的均匀沉积

锂金属负极以其最高的理论比容量(3860 mAh·g ^-1)和最低的电化学电位(-3.04 V (vs SHE))被誉为电池界的“圣杯”。但是锂金属电池的缺点也尤为明显: 充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶, 锂枝晶的产生会造成固体电解质介面(SEI)膜的持续破裂, 不稳定的SEI膜又会加剧锂枝晶的形成, 进而刺穿隔膜, 导致电池的循环性能下降, 产生安全隐患, 所以采取相应的措施在负极均匀沉积金属锂尤为重要。本研究使用商业化的铜网, 通过碱性溶剂的氧化和空气气氛煅烧, 在铜网表面形成均一的亲锂氧化铜纳米片阵列。铜网的3D结构可以有效减小电流密度, 亲锂的纳米片阵列可以降低锂的沉积过电势, 均匀沉积锂, 有效抑制锂枝晶的产生。在电流密度为3 mA·cm ^-2的半电池测试中, 稳定循环230圈后库伦效率稳定维持在99%以上; 搭配磷酸铁锂(LFP)全电池测试, 在1C(0.17 mA·mg ^-1)条件下可稳定循环300圈, 容量保持率为95%。本研究为锂金属负极3D集流体的设计提供了新思路。     

用于锂金属负极的轻质、高掺氮量碳纳米纤维基三维集流体

锂金属是未来二次电池实现高能量密度化的关键负极材料,然而,如何实现锂金属的均匀和无枝晶沉积是目前制约其实际应用的关键问题.本论文采用静电纺丝技术及高温碳化方法制备了一种轻质、高掺氮量(9.5at%)的三维碳纳米纤维集流体.该集流体较低的密度能提升基于整个电池的能量密度,而且高掺氮量使其具备亲锂的特性,从而有效降低锂离子...     

原位电化学改性的预插层钒青铜水系锌离子电池正极材料（英文）

钒青铜是一种极具潜力的水系锌离子电池正极材料.然而,传统的单离子预插层V₂O₅材料由于自身结构的限制和储锌过程中发生不可逆的相变使其储锌能力接近上限.本文采用原位阴极氧化法将准层状材料Ca V₄O₉在特定的电解液中将双离子(Ca²⁺, Zn²⁺)引入δ-V₂O₅晶体骨架中,形成超薄钒青铜材料Ca_0.12Zn_0.12V₂O₅·n H₂O.该材料表现出超高的能量密度(366 W h kg^-1)和功率密度(6627 W kg^-1),并在大电流10 A g^-1下循环3000圈后可逆比容量仍高达205 m A h g^-1.通过多种原位/非原位表征,系统地揭示了材料与Ca²⁺电解液添加剂的协同作用,使结构、电...     

Cu2O-Cu界面上的Cu+和Cu0协同促进电催化CO2还原高效和高选择性地生成C2+产物(英文)

电催化CO₂还原技术有望同时缓解化石燃料濒临枯竭及大气中CO₂浓度不断攀升等问题.然而,对于高附加值的电催化CO₂还原多碳产物的选择性提升,仍然面临巨大挑战.密度泛函理论(DFT)计算表明,Cu₂O-Cu界面上Cu⁺和Cu⁰的协同耦合效应使其表面上^*COCO中间体的生成能降低,同时H₂O的解离自由能也降低,从而有利于电催化CO₂还原高选择性生成多碳产物特别是C₂H₄.受DFT计算结果的启发,本文设计了一种氧化物衍生铜电极的活化策略,构建Cu₂O-Cu界面,以Cu⁺和Cu⁰协同促进电催化CO₂还原高效高选择性生成C₂₊产物.其中,Cu₂O立方体被用作初始催化剂,经方波电位处理后,在Cu₂O-Cu界面...     

高氢过电位Zn-In合金电沉积规律和性能的研究

用电化学方法研究了碱性锌锰电池铜集流体上电沉积Zn-In合金的方法,测量了Zn-In合金在7.0mol/L氢氧化钾溶液中的析氢性能以及合金中各组分的含量.结果表明,在硫酸盐体系中Zn-In合金电沉积为异常共沉积.在碱性体系中Zn-In合金具有较高的析氢过电位,可以用作碱锰电池的集流体镀层材料.     

离子交换和热处理对贵金属掺杂硅酸盐玻璃光致发光的影响

贵金属纳米颗粒-玻璃复合材料是一种重要的非线性材料。利用光致发光谱及配位场理论, 深入研究了离子交换及氢气热处理对硅酸盐玻璃中贵金属离子的引入、还原、成核及生长过程的影响, 发现延长离子交换时间有利于提高玻璃中金属离子的浓度。对于掺Ag⁺硅酸盐玻璃, 不仅存在孤立Ag⁺离子, 同时也存在Ag₂⁺团簇。H₂中热处理后, 样品中孤立Ag⁺离子浓度迅速降低, 同时出现Ag₃²⁺团簇。对于掺Cu⁺硅酸盐玻璃, 仅存在孤立Cu⁺和Cu²⁺, 没有发现Cu⁺团簇的发光峰, Cu²⁺的存在造成Cu⁺的发光强度显著降低。掺Ag⁺硅酸盐玻璃经H₂热处理后, 再经过第二次离子交换往玻璃中掺Cu⁺是十分困难的。     

焙烧温度对Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂催化氧化甲苯性能的影响

采用浸渍法合成了Cu-Mn/γ-Al₂O₃催化剂, 通过XRD、BET、H₂-TPR和XPS等方法对经不同温度(300~600℃)焙烧的催化剂进行表征, 采用固定床管式反应装置考察了焙烧温度对催化剂催化氧化甲苯的影响, 并讨论活性组分、表面Cu⁺/(Cu⁺+Cu²⁺)和Mn⁴⁺/(Mn⁴⁺+Mn³⁺)摩尔比值与催化剂活性的关系。结果发现, 550℃焙烧温度的催化剂活性最好, 氧化能力最强, 其转化率为95%时对应的反应温度T₉₅(286 ℃)最低, CO₂的选择性达100%。在550℃焙烧时生成的Cu_1.4Mn_1.6O₄新相以及催化剂表面中相对含量更高的Cu⁺和Mn⁴⁺是催化剂具有高活性的主要原因。     

水泥熟料固化重金属Cu2+和Zn2+及水化浸出行为分析

危废处理是当前的热点问题,水泥窑协同处置作为一种有效的处理方式,逐步为社会所接受。多数的危废中包含Cu²⁺和Zn²⁺,文章研究了危废中重金属Cu²⁺和Zn²⁺在水泥熟料中的固化性能和在熟料中的分布,并探讨了重金属在水泥净浆中的浸出行为和环境安全性。通过熟料易烧性X射线衍射(XRD),矿物相分离萃取,浸出实验得出:Cu²⁺和Zn²⁺均改善了熟料易烧性;Cu²⁺促进了C₄AF的生成,同时也促进了C₃S晶粒的生长,并固溶在其中;Zn²⁺与熟料形成新的矿物相Ca₁₄Al₁₀Zn₆O₃₅。通过相对分布系数(D)和分配系数(K_f)说明Cu²⁺主要分布在硅酸盐相中,硅酸盐相固化Cu²⁺的能力强于中间相;Zn²⁺主要分布在中间相中,中间相固化Zn²⁺的能力强于硅酸盐相。掺量为2.0%的Cu²⁺和Zn²⁺在水泥净浆7 d龄期的浸出浓度最大,分别为1.724和0.387 mg·L^-1。水泥熟料固化Cu²⁺和Zn²⁺在水泥使用过程中不会对环境造成二次污染。     

坚韧、弹性的氟化固体电解质界面稳定碳酸酯电解质中的锂金属（英文）

锂金属负极和碳酸酯类电解液之间不稳定的界面是限制高比能锂金属电池循环寿命的关键挑战.本文使用含苯环的双酚A乙氧基化物二甲基丙烯酸酯(BAED)交联剂调节聚(丙烯酸六氟丁酯)(PHFBA),设计了一种弹性人造固体电解质中间相(RASEI)来解决这个问题.刚性BAED分子可以对柔性PHBA基体进行调控,实现从600%伸长率到90%压缩率的卓越回弹性,并具有超过2 MPa的高杨氏模量.RASEI可以适应锂金属较大的体积变化,并确保电池运行过程中锂金属与RASEI之间的紧密接触,促进均匀的锂沉积并减少副反应.因此,经过RASEI修饰的Li‖Li对称电池可以在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下实现超过500小时的长期循环.对循环后锂金属进行测试分析表明锂枝晶的生长得到了有效的抑制.此外,搭配20 mg cm^-2高阴极负载的NCM811软包电池在1 C下,经过200次循环后容量保持率超过85%.     

钒基普鲁士蓝类似物VHCF用于水系铜电池正极

针对开发高性能水系铜电池电极材料的迫切需求,通过简易的共沉淀法制备钒基普鲁士蓝类似物铁氰化钒(VHCF)用作水系铜电池正极,考察反应温度及转速对VHCF样品表面形貌及微观结构的影响,探究不同VHCF样品在电化学性能上的差异,并分析VHCF样品的铜离子储存机理。研究结果表明：通过适当提升反应温度及搅拌器的转速,可以制备出[Fe(CN)₆]^4-含量多,粒径小且结构稳定的立方相VHCF;丰富的[Fe(CN)₆]^4-可以为Cu²⁺离子提供更多的化学活位点,较小的粒径有利于提高Cu²⁺离子的扩散速率,与普鲁士蓝骨架结合更稳定的结晶水则能改善电池循环稳定性;电化学反应过程中,Cu²⁺离子会取代VHCF骨架中的V⁵⁺离子形成不可逆新相。VHCF正极在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量高达146.5 m A·h/g,循环500次后,保留了56.1 m A·h/g的可逆容量;在1.0 A/g的大电流密度下的放电比容量仍有60...     

碳布用于锂离子电池三维一体化柔性正极的可行性研究

研究碳纤维编织布用于锂离子电池三维一体化正极的可行性,对三种经过热处理碳布的石墨化程度进行定性分析和定量计算。以锂金属作为对电极,石墨化的碳布电极在0.1～0.5 V的电压下首次放电比容量分别为83.6,94.5mAh·g^-1和115.2 mAh·g^-1,经过50周次循环充放电后比容量分别为55.0,80.0 mAh·g^-1和88.0 mAh·g^-1左右。将石墨化的碳布负载LiFePO4后,电极的首次放电比容量分别为73.2,109.5 mAh·g^-1和130.2 mAh·g^-1。对于石墨化程度为76.02%的碳布,经过50周次循环充放电后比容量稳定在90.0 mAh·g^-1左右,综合电化学性能较好,更适合用于锂离子电池的一体化柔性正极。通过建立LiFePO4颗粒与碳纤维之间相互作用的力学模型,探讨一体化正极的力学性能、电学性能和电化学性能之间的关系。将碳布用于锂离子电池一体化正极,可以简化锂离子电池的常规生产过程,革新其生产方式。     

基于纳米金/介孔NiO/泡沫镍纳米复合材料的微型电极用于地下水重金属检测（英文）

Heavy metals, notably Pb²⁺ and Cu²⁺, are some of the most persistent contaminants found in groundwater. Frequent monitoring of these metals, which relies on efficient, sensitive, cost-effective, and reliable methods, is a necessity. We present a nanocomposite-based miniaturized electrode for the concurrent measurement of Pb²⁺ and Cu²⁺ by exploiting the electroanalytical technique of square wave voltammetry.We also propose a facile in situ hydrothermal ...     

电沉积锡-铟合金电极在氢氧化钾溶液中的电化学性能

在电池集流体铜表面电沉积锡,锡溶解后易使其析氢量增加,电沉积铟在碱性溶液中抑氢效果好,但成本高,目前对锡-铟合金共沉积的效果研究甚少.用电化学方法在高能碱性锌锰电池集流体铜电极表面沉积Sn,In和Sn-In合金.研究了Sn,In和Sn-In合金电极在1 mol/L KOH溶液中的析氢电化学性能和电化学稳定性,测定了其在相同溶液中的循环伏安曲线和交流阻抗图谱.结果表明:沉积In和Sn-In合金的电极比铜电极的析氢过电位分别提高了569 mV和488 mV,有效地抑制了氢气析出;在无汞化电池工业中,用价格低廉且稳定性较好的Sn-In合金共沉积电极代替In沉积电极具有广阔的应用前景.     

生物活性小分子基水系锌有机电池实现长寿命和快充（英文）

因具有高安全性和高性价比的优势,水系锌离子电池(AZIBs)成为了当前研究的热点.然而,电极材料溶解、固有电导率低、反应动力学慢等问题严重阻碍了其实际应用.在本文中,我们合成了一种在黑色素瘤治疗中发挥重要作用的含硫有机小分子(seriniquinone,SQ),将其作为电极材料应用于锌离子电池.通过导电碳修饰的方法制备了SQ/CMK-3复合电极,进一步解决了活性物质SQ的溶解问题并提高了其导电性.在Zn‖SQ/CMK-3半电池中,SQ/CMK-3正极在100 mA g^-1电流密度下的初始放电比容量达到234.4 mA h g^-1.在1 A g^-1的高电流密度下经过5000次超长循环后,比容量仍保持100.2 mA h g^-1.此外,通过密度泛函理论计算,我们提出了在两个SQ分子之间嵌入四个Zn²⁺的储存机理,并通过多种非原位表征测试进行了证实.在采用SQ/CMK-3复合材料作为正负两极的全有机对称电池中,SQ不仅在100 mA g^-1的电流密度下获得高达1...     

低温制备不锈钢表面含铜磷酸铝涂层及抗菌性能研究

利用磷酸二氢铝的固化反应在316不锈钢表面制备了不同含量Cu²⁺的磷酸铝涂层(Cu: Al=0.025、0.05、0.1)。差示扫描量热分析及X射线衍射表明涂层材料可在≤250℃下固化, 主要固化产物为AlH₂P₃O₁₀∙2H₂O、AlPO₄和Al₈H₁₂(P₂O₇)₉。Cu²⁺加入后产生了含铜的新相Cu₂P₂O₇。与大肠杆菌共培养12 h后各含Cu²⁺涂层表现出抗菌性, 且抗菌能力与Cu²⁺含量正相关; 接触24 h后, 所有含Cu²⁺涂层表面均无活菌检出。菌悬液中加入EDTA有效抑制了涂层抗菌活性, 表明涂层抗菌性能来自表面溶出的Cu²⁺。拉伸试验表明涂层结合强度在14.5~18.1 MPa范围。与无涂层的不锈钢相比, 涂覆涂层后样品的腐蚀电流密度下降了2个数量级。     

部分磷化双金属中心集成制备高性能三功能催化剂用于制氢和柔性锌-空气电池（英文）

开发高效且性能稳定的氧析出(OER)、氧还原(ORR)和氢析出(HER)三功能催化剂是制备能源存储与转换设备的关键.本文使用一步磷化法,在氮磷共掺杂碳基上制备了Fe Co金属合金/磷化物催化剂(Fe Co-P/PNC).该催化剂显示了良好的ORR性能,展现了0.86 V (vs.RHE,相对于可逆氢电极)的半波电位;在OER和HER反应中,催化剂在10 m A cm^-2的电流密度下的过电位分别为350和158 m V.密度泛函理论计算表明,磷在Fe Co磷化物和碳基体中皆起主导作用,使得该催化剂同时具有良好的ORR、OER和HER功能.以Fe Co-P/PNC为空气阴极组装的水系电池和柔性锌-空气电池的峰值功率密度分别为195.1和90.8 m W cm^-2,且两种电池均具有优异的充放电性能、长寿命和高柔性.此外,自供能的整体水分解系统表现出较低的(1.71 V)工作电压以驱动10 m A cm^-2的电流密度,进一步证实了该催化剂出色的多功能性.     

具有共价键特征的金属-有机基团促进高性能钾离子电池（英文）

钾离子电池(PIBs)面临的一个关键问题是设计具有先进结构的负极材料,以实现快速电荷传输以提高钾的存储性能.采用碳二亚胺铁(FeNCN)作为阳极,由于其含有一定数量的共价键且在分子水平上具有稳定的结构,使得储钾系统能够实现优异的电化学性能.FeNCN阳极具有高导电性,带隙接近0 eV,并且由于其共价键结构具有良好的结构稳定性.此外,无定形反应产物也为离子扩散提供了多种途径.因此,FeNCN阳极表现出高可逆比容量(在50 mA g^-1电流密度下具有600 mA h g^-1比容量),显著的倍率性能和长寿命循环(电流密度为500 mA g^-1时拥有400 mA h g^-1比容量且超过300次循环).通过理论模拟、X射线原位衍射分析和X射线光电子能谱分析揭示了Fe²⁺和K⁺之间的转化反应机理.此外,将FeNCN负极与苝-3,4,9,10-四羧酸二酐正极材料匹配,组装成的全电池在198.6 Wkg^-1的功率密度下实现了184.7 W h kg<...     

高导电性生物质碳布的制备及其燃料电池气体扩散层性能

气体扩散层(GDL)是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的关键部件之一,成本占燃料电池膜电极的40%～50%。开发低成本、高性能的GDL生产工艺,可以降低燃料电池成本,推动燃料电池商业化进程。本研究以纤维素棉布为原料,通过铁基化合物的催化石墨化作用,在较低温度(1500℃)下生成了一种高导电、高孔隙率的柔性生物质碳布。碳布由相互连接的微米级碳纤维组成,形成了丰富的孔道,其孔隙率为76.93%。经过铁基化合物催化,碳纤维的表面原位生成了大量碳纳米管团簇,增加了碳布的导电性,使其平面电阻率降低至34mΩ·cm,垂直电阻率在2 MPa压力下降低至2.8 mΩ·cm,性能达到商业碳布的标准。生物质碳布作为气体扩散层的燃料电池在0.7 A·cm^-2电流密度处功率密度达到0.4W·cm^-2,超过了相同催化剂(Pt)负载量的商业碳布(0.34W·cm^-2)的电池功率密度。本研究制备的生物质碳布制备简单、价格低廉、性能优秀,为开发低成本、高性能气体扩散层提供了新的思路。