锂硫电池隔膜修饰材料的研究进展

锂硫电池(LSBs)是一种高理论能量密度(2 600 Wh·kg^-1)的储能器件,但反应迟滞以及多硫化锂(LiPS)的穿梭等问题严重限制了LSBs的发展。目前广泛认为,隔膜修饰层的功能化改性可以显著地提升LSBs的电化学特性。因此,主要综述了近年来LSBs隔膜修饰材料的最新进展,分别总结了金属类材料、框架材料、聚合物材料以及预锂化材料等隔膜修饰材料的作用机理及其LSBs实操储能性能,并讨论了理想的隔膜修饰材料,旨在为未来LSBs实际应用材料的开发利用提供有益的参考。     

电化学储能材料及储能技术研究进展

电化学储能材料及储能技术是新能源利用和实现双碳目标的关键。本文结合上海电力大学上海市电力材料防护与新材料重点实验室的研究成果,综述了近年来电化学储能材料及储能技术的最新研究进展,包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等,分析了各电化学储能技术目前存在的主要问题,从电化学储能机理的角度出发,介绍了正负电极、隔膜、电解质和集流体等电化学储能材料组成和结构的改进方法,为开发大容量、长寿命、高安全、低成本的电化学储能器件提供新的思路。最后,对电化学储能技术的未来发展趋势提出了展望,即探索全固态电池、金属-空气电池等新一代储能器件,拓展电化学储能器件在全温度、柔性条件下的适用性。     

锂硫电池正极材料的制备及电化学性能

目的：制备高性能的锂硫电池正极材料。方法：通过碳化表面包覆聚合物的磷钨酸铵微球,制备碳包覆的氧化钨,在其表面负载稀土氧化物,并与单质硫复合,制备硫正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜对制备的材料进行表征,采用恒电流充放电方式测试材料的电化学性能。结果：在0.1C的倍率下,硫电极首次放电容量为1 263.7 mAh/g S,循环100次后的放电容量仍然保持有840.6 mAh/g S,表现出较高的放电比容量和良好的循环稳定性。结论：负载稀土氧化物的策略可以有效提升硫电极的电化学性能。     

锂硫电池隔膜的研究现状

锂硫电池具有较高的理论比容量(1 675 mAh/g)和能量密度(2 600 Wh/kg)优势,并且用于该电池的活性物质单质硫廉价、环境友好,被认为是目前最具发展潜力的新一代高能量密度的电化学储能体系之一。隔膜作为锂硫电池的关键材料之一,其性能优劣将会直接影响锂硫电池的性能。本文主要综述了锂硫电池隔膜的种类、改性方法等方面的研究进展,建议开发新的高品质锂硫电池隔膜材料,最终使其电化学性能得以提高。     

液相法制备碳纳米管/硫正极材料及电化学性能研究

Na2S作为硫源,H2O2为氧化剂,高温水热环境下与HNO3处理的碳纳米管(CNTs)复合,合成碳纳米管/硫(H-CNTs/S)正极材料,材料载硫量为49 wt%,0.2 C倍率下首次循环比容量为680 mAh·g-1,50次循环后保持率高达75%,复合材料具有优良的倍率性能。     

液相法制备碳纳米管/硫正极材料及电化学性能研究

Na2S作为硫源,H2O2为氧化剂,高温水热环境下与HNO3处理的碳纳米管(CNTs)复合,合成碳纳米管/硫(H-CNTs/S)正极材料,材料载硫量为49 wt%,0.2 C倍率下首次循环比容量为680 mAh·g-1,50次循环后保持率高达75%,复合材料具有优良的倍率性能。     

卤化物钙钛矿光电材料的分子设计策略

通过采用分子动力学软件针对性的考察和筛选多种新型的钙钛矿及类钙钛矿晶体结构的光电材料,着重发展具有理想带隙、宽光谱响应、合适的激子束缚能及较长激子扩散长度的钙钛矿光电材料。旨在从理论上指导室温条件下相稳定的钙钛矿太阳能光电材料。     

锂硫电池石墨烯/纳米硫复合正极材料的制备及电化学性能

利用热解还原将Hummers法制得的氧化石墨烯还原为石墨烯,并采用化学沉淀法将纳米硫成功负载到石墨烯片层上,获得石墨烯/纳米硫（RGO/nano-S）正极复合材料。利用FT-IR、XRD、SEM、TEM和Raman对所制备复合材料的微观结构、形貌等进行表征,采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗法对复合材料的电化学性能进行研究。研究结果表明,热还原所得石墨烯褶皱的表面形成容纳硫及多硫离子的空间,有助于缓解活性物质溶解和抑制多硫离子迁移;同时,均匀分布的纳米硫能更好地与电解液接触,在石墨烯的导电网络上增大了电化学反应面积,进而改善了该材料作为锂硫电池的实际放比电容量和倍率循环性能。     

新型电池负极与隔膜材料

随着纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)以及高端储能系统对锂离子电池的迫切需求,开发具有高比容量、高安全性以及循环寿命长的负极材料成为该领域的主流方向。目前商业化应用的负极材料仍以石墨类碳素材料为主,最大理论比容量只有372 mAh/g,难以满足新一代移动通讯、移动电器以及电动汽车对于锂离子电池容量     

Challenges and opportunities in computer-aided molecular design

In this paper, the significant development, current challenges and future opportunities in the field of chemical product design using computer-aided molecular design (CAMD) tools are highlighted. With the gaining of focus on the design of novel and improved chemical products, the traditional heuristic based approaches may not be effective in designing optimal products. This leads to the vast development and application of CAMD tools, which are methods that combine property prediction models with computer-assisted search in the design of various chemical products. The introduction and development of different classes of property prediction methods in the overall product design process is discussed. The exploration and application of CAMD tools in numerous single component product designs, mixture design, and later in the integrated process-product design are reviewed in this paper. Difficulties and possible future extension of CAMD are then discussed in detail. The highlighted challenges and opportunities are mainly about the needs for exploration and development of property models, suitable design scale and computational effort as well as sustainable chemical product design framework. In order to produce a chemical product in a sustainable way, the role of each level in a chemical product design enterprise hierarchy is discussed. In addition to process parameters and product quality, environment, health and safety performance are required to be considered in shaping a sustainable chemical product design framework. On top of these, recent developments and opportunities in the design of ionic liquids using molecular design techniques have been discussed.     

二氟磷酸锂的制备及电化学性能研究

为探究二氟磷酸锂（LiPO₂F₂）的制备方法及其对锂离子电池性能的影响,尝试以六氟磷酸锂（LiPF₆）和磷酸锂（Li₃PO₄）为原料,采用固相法制备LiPO₂F₂,通过核磁共振（NMR）、X射线衍射（XRD）、离子色谱（IC）对材料做了物相研究和定性检测;通过充放电测试、循环伏安（CV）、电化学阻抗（EIS）研究了材料对电池性能的影响。测试结果表明,以LiPF₆及Li₃PO₄为原料可制得LiPO₂F₂,LiPO₂F₂作为添加剂加入电解液中使得电池电极极化现象有所减弱,电池正负极材料的成膜电阻明显减小,同时提高了电池的循环稳定性及高温存储性能。     

化工系统消纳可再生能源的电-氢协调储能系统优化设计

针对可再生能源发电间歇性和波动性与化工过程系统氢气需求波动性协调匹配的问题,本文以电-氢储能系统总费用最小为目标,建立了可再生能源发电与化工生产中加氢系统耦合的电-氢协调储能系统优化设计模型,以确定电-氢协调储能系统的最优容量配置和功率调度方案。采用典型案例研究了可再生能源渗透率和电-氢储能系统构成对电-氢储能优化设计和运行特性的影响。研究表明:当化工系统的氢气需求全部由可再生能源发电制氢提供时,在系统中同时采用电池和氢气储罐储能可有效地降低系统的总费用;在该系统中,电池可用于平抑短期内发电侧和负荷侧的波动,氢气储罐可平衡发电侧和负荷侧长期的不匹配;随着可再生能源渗透率的增加,系统的总费用显著增大;为了维持外购氢气流率的稳定,系统中需要增加电解槽和储能系统的容量以解决发电侧和负荷侧的波动和不匹配问题。     

萃取溶剂分子设计的官能团预选

提出一种萃取溶剂分子设计中预选官能团的新方法,可以有效地缩小分子设计问题的规模。这种方法首先将分子体系中分子相互作用能的概念推广到官能团溶液,再联系UNIFAC法的相互作用参数,得到官能团预选的分子判据;然后结合Gan i的官能团预选经验规则,最终使萃取溶剂分子设计的官能团预选问题得到较好的解决。     

宽沸程物系精馏过程的分段设计法

针对宽沸程物系精馏分离的特点,提出了分段设计方法,即按浓度从进料到产品分段,每段分离的纯度不同,实现热量集成。温度-负荷曲线图(T-Q图)给出了温度与热负荷的变化关系,用于浓度分段以及加热点的选取。低浓段和高浓段的划分,简化了设计过程,对高浓段强调降低用能品位,对低浓段给出了热量集成的设计方法。等价T-Q图可简化计算,方便负荷分段、集成。最后通过实例对分段设计法进行了说明和验证。     

隔膜泵橡胶碟形隔膜的优化设计

为了丰富隔膜泵隔膜设计理论,优化隔膜结构及受力状态以提高隔膜疲劳寿命,采用流体动力学数值模拟的方法完成隔膜的优化设计。文中建立了碟形隔膜结构形状的参数化控制模型并从系统化的角度出发,充分考虑系统对隔膜运动、变形的影响,对不同控制参数下的隔膜泵液力端进行流固耦合数值模拟以求得隔膜的应力状态。以此为基础得到了新的隔膜设计理论。建立的控制模型实现了碟形隔膜设计的参数化控制,对隔膜泵液力端的流固耦合数值模拟,充分体现了现代设计理论系统化的优点。采用的方法推进了现代设计理论在隔膜泵设计领域的运用,同时得出的结论对隔膜的设计也有着很大使用价值。     

硒掺杂改性新能源汽车锂电池正极材料的结构与电化学性能

为了开发出具有能量密度大、循环性能优越等特性的高能量密度电池材料,研究了硒掺杂量对富锂锰基正极材料显微组织和电化学性能的影响。结果表明,硒掺杂量增加有助于减小正极材料中颗粒粒径,但是硒掺杂量过高（x=0.21）会出现严重颗粒团聚现象,锂电池正极材料中适宜的硒掺杂量为x=0.14,此时正极材料可以获得粒径细小、均匀的颗粒;x=0.14的正极材料由于具有最佳的抑制氧损失的作用而具有最高的库伦效率（77.1%）;当倍率为0.1C~10C时,正极材料的放电比容量会随着硒含量升高而先增大后减小,在x=0.14时取得最大值,即x=0.14的正极材料的倍率性能最优;x=0.14的正极材料的循环性能明显高于x=0的正极材料。     

ZnxCo1-xCO3碳酸盐负极材料的制备及其电化学性能研究

碳酸钴是一类典型的转换型负极锂电池材料,具有资源丰富、比容量高、安全可靠等优点,但是存在一些尚未解决的问题,例如导电性比较差,同时在锂离子的嵌入和脱出过程中体积变化严重。通过水热法制备了不同组分Zn掺杂Zn_xCo_1-xCO₃ (x=0.12, 0.3, 0.5),通过调整Zn和Co原材料质量来控制Zn/Co的摩尔比,研究表明当Zn和Co的摩尔比为0.3∶0.7时,掺杂产物有良好的循环和倍率性能,锌离子的掺杂提高了锂离子电导率,对Zn_xCo_1-xCO₃ (x=0.12, 0.3, 0.5)研究表明其在充放电过程中既有合金反应又有转换反应,提高了整个电极的导电性,进而表现出优异的电化学性能。     

刺状氧化铜的制备及其电化学性能

以Cu(NO3)2·3H2O和六亚甲基四胺为原料,采用常压加热法(90℃)制备了氧化铜材料。用X-射线衍射和扫描电镜对材料的结构和形貌进行表征。结果表明,反应3 h后所得氧化铜具有刺状形貌,恒流充放电测试显示,材料具有较好的电化学性能,在50 mA/g的电流密度下,首次充电比容量为814 mAh/g。此外,制备材料具有较好的倍率性能。