熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

二硫化钼复合导电碳作为高性能钠离子电池负极材料的研究

通过水热法制备出导电碳负载的二硫化钼纳米片（MoS2@C），显著改善了二硫化钼循环稳定性和倍率性能：在0.1 A/g电流密度下，循环100次后，可逆比容量依然高达466.3 mA·h/g，容量保持率达90.6%；在10 A/g的电流密度下，可逆比容量高达321.5 mA·h/g；在1A/g电流密度下长循环500次后，可逆比容量为313 mA·h/g，未发生衰减。这是因为二硫化钼以导电碳作为基底后，既可以提高电子和钠离子在复合材料中的扩散效率，又可以抑制二硫化钼的团聚，另外，小尺寸的二硫化钼可以缩短钠离子的传递路径，之间的空隙为二硫化钼体积的膨胀提供了空间。通过对两个电极的动力学分析，发现钠离子在MoS2@C内部具有更高的扩散效率，赝电容控制行为是MoS2@C电极具有优异倍率性能的主要原因。     

煤基钠离子电池负极材料的制备及性能研究

以准东洗精煤为前驱体,经过粉碎、低温热处理、高温热处理制备了煤基钠离子电池负极材料。通过热重分析仪研究了准东洗精煤的热解特性,通过XRD、SEM等研究了所制备材料的结构与形貌,通过电化学循环、CV、EIS等研究了样品的电化学性能。结果表明,高温热处理温度为1 300℃时煤基钠离子电池负极材料具有较好的电化学性能：首次脱钠容量为279.8 mAh/g,首次充放电效率高达90.4%,在150 mA/g电流密度条件下循环50次后充电容量仍能保持在246.3 mAh/g。     

钠离子电池碳基负极材料研究进展

钠离子电池由于其资源丰富和原材料成本低的特点,成为锂离子电池潜在的替代产品。然而,同高倍率、高循环稳定性的钠离子电池正极材料相比,负极材料的开发相对滞后,这限制了钠离子电池的商业化运行。碳基负极材料具有资源丰富、导电性能好、循环性能稳定、无毒等优势,受到了研究人员和产业界的广泛关注。针对不同种类的碳基材料展开论述,讨论了影响碳基负极材料储钠性能的关键因素和储钠性能的优化策略,并对该领域最新的研究进展和所面临的挑战进行了展望。     

钛基复合材料用于钠离子电池负极的长循环性能研究

钠离子电池（SIBs）是一种可替代锂离子电池的绿色清洁能源。由于TiO₂具有化学稳定性好和廉价易得的优点,被作为一种优异的插入式负极材料广泛应用于钠离子电池。通过溶胶-凝胶法合成TiO₂@MWCNTs纳米复合材料,并利用X射线衍射、透射电子显微镜和扫描电子显微镜对复合材料的晶体结构和形貌进行表征。以TiO₂@MWCNTs纳米材料为负极组装钠离子电池,并对其电化学性能进行测试。在0.1 A/g电流密度下,该电池的初始放电容量可达477 mA·h/g,在循环1 000圈以后,放电容量仍然可以保持在181 mA·h/g,呈现出优异的长循环性能。     

钠离子电池负极硬碳材料的可视化分析

通过引文分析软件Hist Cite分析Web of Science数据库收录的有关钠离子电池负极硬碳材料的论文,可视化的分析了论文研究情况,包括论文的年份、国家、作者和出版杂志。最后生成论文之间相互引用关系图,分析了高影响力论文。     

高分散SiO2/石油沥青基多孔碳用于锂离子电池负极

二氧化硅(SiO₂)作为锂离子电池负极材料具有理论容量高、放电电位低、成本较低等特点,但存在导电性差、充放电过程体积膨胀严重以及容量衰减过快等问题。以石油沥青为碳源,利用硅烷偶联剂KH-540对纳米α-Fe₂O₃模板剂进行表面化学包覆,然后将硅源修饰模板剂与碳源混合,经碳化、酸洗等步骤得到高分散SiO₂/石油沥青基多孔碳(SiO₂/PC)。所得SiO₂/PC作为锂离子电池负极材料,在1 A·g^-1电流密度下,循环900圈后仍具有640 mA·h·g^-1的高可逆比容量。研究结果表明,高度纳米化的SiO₂在高温碳化过程原位生成,紧密牢固地负载于多孔碳表面,提高了其导电性,同时能够有效缓解SiO₂在充放电过程中的体积膨胀,抑制SiO₂的团聚或粉化,从而表现出优异的电化学性能。     

钠离子电池硬炭负极研究进展

无定形结构的硬炭以其不同于石墨有序结构的结构优势,以及低成本和原材料来源广,被认为是钠离子电池(SIBs)最有前途的碳基负极材料,其复杂的微观结构与钠储存有着密切的关系。在硬炭微观结构中缺陷,层间和纳米孔隙是硬炭储钠的三个关键特征结构,深入研究这些特征结构有利于实现高容量钠离子电池碳基负极的有效构造,并有利于推进钠离子电池产业化进程。最后对高性能钠离子电池负极的结构设计进行了展望。     

多孔碳纳米片的制备及其在电化学领域的应用研究进展

介绍了二维多孔碳纳米片(PCNs)材料在能源领域的应用优势,综述了PCNs的制备方法以及在锂离子电池、超级电容器和电催化氧还原反应等电化学领域的应用研究进展。PCNs的制备方法为硬模板法(包括空间、盐粒表面和其他二维材料表面模板)、软模板法(包括使用两亲性小分子和两亲性块状共聚物(BCPs)制备PCNs)、无模板法(包括小分子、聚合物和生物质作为前驱体来制备PCNs)。其中软模板法相比硬模板法,其稳定性较差,还需进一步提高。指出未来应致力于开发制备PCNs的新方法和新型PCNs基材料,同时研究此类PCNs材料在分离膜、生化传感器、量子器件等方面的应用。     

熔盐辅助碳诱导Ti3AlC2分解制备碳化钛纳米片

二维过渡金属碳化物因其独特的性质而成为极具吸引力的纳米材料。以炭黑和Ti₃AlC₂粉体为原料,以期通过在熔盐环境下实现碳还原Ti₃AlC₂合成碳化钛（TiC）纳米片。研究结果表明,炭黑可以诱导Ti₃AlC₂分解,随着加热温度的升高,Ti₃AlC₂的分解程度逐渐加剧。Ti₃AlC₂在低温（1 000~1 100 ℃）下可以严重分解为Al、Ti、Ti_2.9Al_2.1和TiC,Al和Ti可与微量氧反应生成少量的TiO₂和Al₂O₃,生成的TiC为纳米颗粒,而引入熔盐是确保TiC纳米片形成的必要条件。通过优化制备工艺得到合成高含量TiC纳米片的适宜条件：炭黑与Ti₃AlC₂物质的量比为1.05∶1,氯化钠与氯化钾的质量比为1∶1,盐的总质量与炭黑和Ti₃AlC₂混合物的质量比为2∶1;氩气保护,1 000 ℃保温2 h。通过熔盐热处理得到以TiC为主并含有少量Al₂O₃的试样。产物中TiC的形貌为细小的纳米片,厚度约为10 nm、长度约为170 nm。     

熔盐法合成有序介孔碳负载的金属碳化物

有序介孔碳是一种具有宽孔径、规则孔道结构、高比表面积和大孔容的纳米结构材料,具有很高的导电性及化学稳定性,是一种非常优良的载体材料。过渡金属碳化物因其结构相似性,具有一系列类似贵金属的性质,可作为贵金属替代材料,用于多相催化过程。但过渡金属碳化物多数粒径大、比表面积低,不利于催化活性,因此,采用熔盐法合成了多种有序介孔碳负载的过渡金属碳化物,并通过SEM、TEM、XRD、BET等方法对样品进行了一系列表征。结果表明,该方法能有效制备碳负载的TiC、Mo₂C等金属碳化物,且具有较小的颗粒尺寸和较高的比表面积,将有较好的催化应用前景。     

超级电容器用煤基活性炭研究

为了研究煤基活性炭电极对超级电容器性能的影响规律,根据超级电容器的工作原理,阐述了比表面积、孔径分布、表面官能团、石墨化程度、灰分及粒度对电化学性能的影响。研究表明适宜的中孔比例和粒度有利于电解液的扩散;含氧和含氮官能团可以改善电极的表面润湿性;无定型炭结构孔隙更发达,更适合作为活性炭材料;降低灰分可以提高电极的充放电特性和倍率特性。     

熔盐电解还原二氧化碳制碳技术

通过电解高温熔融Li0.896Na0.625K0.479CO3混合碳酸盐制取碳燃料,并由中间产物Li2O、Na2O、K2O吸收空气中CO2使碳酸盐电解质再生,从而构筑一个完美的良性循环,最终将CO2转化为C物质。实验通过极化曲线、循环伏安曲线对反应的电化学性能进行了研究,考察了电极材质、电解温度以及相同电量下不同电流强度和电解时间对反应结果的影响,并借助SEM-EDS、TG/DTA、XRD等手段对提纯后的产物进行表征。结果表明：Fe作阴极、Ni作阳极时的电势值较低、电极稳定性较好;随温度的升高,电势的绝对值降低,温度为500 ℃时对反应较有利;1 A?h的电量下,电流强度1.0 A、电解时间1 h时,反应的电流效率较高,可达65.98%;电解产物为无定形碳,含碳量可达80%以上。本研究为二氧化碳的资源化利用提供了一种新途径。     

NiCo2O4 nanosheets and nanocones as additive-free anodes for high-performance Li-ion batteries

Development of novel electrode materials with high energy and power densities for lithium-ion batteries (LIBs) is the key to meet the demands of electric vehicles. Transition metal oxides that can react with large amounts of Li⁺ for electrochemical energy storage are considered promising anode materials for LIBs. In this work, NiCo₂O₄ nanosheets and nanocones on Ni foam have been synthesized via general hydrothermal growth and low-temperature annealing treatment. They exhibit high rate capacities and good cyclic performance as LIB anodes owing to their architecture design, which reduces ion and electron transport distance, expands the electrode–electrolyte contact, increases the structural stability, and buffers volume change during cycles. Notably, NiCo₂O₄ nanosheets deliver an initial capacity of 2239 mAh g⁻¹ and a rate capacity of 964 mAh g⁻¹ at current densities of 100 and 5000 mA g⁻¹, respectively. The corresponding values of nanocones are 1912 and 714 mAh g⁻¹. Hence, the as-synthesized NiCo₂O₄ nanosheets and nanocones, which are carbon-free and binder-free with higher energy densities and stronger connections between active materials and current collectors for better stability, are promising for use in advanced anodes for high-performance LIBs.     

熔盐电解法制备硼粉的研究

对熔盐电解法制备硼粉的方法进行了论述,比较了各熔盐体系的优点和缺点,得出了氯化钾或氯化钾和氟化钾混合物的熔盐体系最适宜。用冷却曲线法对KF-KCl-KBF4体系熔盐体系的初晶温度进行了研究,研究表明:KF-KCl-KBF4体系的初晶温度为1 023—1 033 K,即750—760℃之间,当电解温度高于初晶温度20—30℃时,电解效率最高。这就为熔盐电解法制备元素硼提供了依据。     

活性炭在室温熔盐电解质中的电容特性

制备了热稳定性高、电化学性能良好的室温熔盐高氯酸锂(LiClO4)-1,3-氮氧杂环戊-2-酮(OZO),对其作为电解质材料在活性炭电化学电容器中的应用进行了研究.恒流充放电和循环伏安测试表明,活性炭电极与该类室温熔盐电解质表现出良好的电化学兼容性,比电容达到55.2 F/g,并具有良好的循环性能,循环充放电760次后容量损失小于5%.结合室温熔盐不宜燃、不挥发等特性,表明其是超级电容器非常有前景的新型电解液.     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量（1675 mA·h·g^-1）而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

低温熔盐法制备纳米钨酸钴

以钨酸钠和氯化钴为原料,采用硝酸锂-硝酸钠熔盐法制备出纳米钨酸钴粉体,考察了合成温度对粉体相结构、形貌和光吸收性能的影响,初步探讨了合成机理。结果表明:熔盐与钨酸钴前驱体质量比为6∶1,在210,270,340℃分别反应8 h,可以制备出具有钨锰铁矿结构的单斜相纳米钨酸钴;随着温度的升高,粉体结晶程度提高,平均粒径依次增加,在紫外区和可见光区对光呈现出不同程度的吸收;熔盐条件下,粉体的生长过程由扩散机制控制。低温熔盐法具有合成温度低、操作简单、易于规模化生产等优点。