磷酸钒盐在水系锌离子电池中的应用

锂离子电池因锂资源储量有限、分布不均及一定的安全问题,导致其在大型储能领域的应用受限.水系锌离子电池因其资源丰富、安全环保、易于组装以及价格低廉等优势在大规模储能领域具有极大前景.但是由于锌离子与正极材料基体具有较强的静电吸附作用,导致其动力学缓慢以及部分正极材料在水系电解液中存在溶解等问题,限制了水系锌离子电池的发展.在目前的正极材料中,磷酸钒盐因其结构稳定、电压平台高、功率密度高等特点受到研究者的关注.然而,磷酸钒盐作为水系锌离子电池正极材料时,较差的电子电导率和溶解问题,制约其循环稳定性和倍率容量.本文综述各类磷酸钒盐及其衍生物的物相结构、合成方法、储锌性能和储锌机制,归纳提高电化学性能的方法如构建纳米结构、调节电子结构、包覆导电材料、调控电解液等.最后,总结了磷酸钒盐储锌正极材料现阶段存在的挑战,并对其未来的发展方向提出了展望.     

水系锌离子电池的稳定性优化策略

随着全球的环境恶化日益加剧,如何提高可再生能源的利用效率逐渐受到人们的关注。其中,水系锌离子电池相比锂离子电池及其他离子电池,在安全性和低成本等方面表现较为出色而成为当前研究热点。然而,水系锌离子电池面临着阴极材料的性能衰减、锌阳极的枝晶、副反应以及电解液消耗等问题,导致循环稳定性低,使其应用受到极大的限制。目前,针对水系锌离子电池循环稳定性低的优化策略方面还没有得到系统的总结和归纳。本文针对循环稳定性的优化这一问题,从阴极的空位、掺杂、包覆、复合和阳极的3D结构、表面改性、无锌金属设计还有电解液的离子诱导、去溶剂化结合水、原位固体电解质界面（SEI）以及隔膜和集流体的材料设计等角度,分别对水系锌离子电池阴极材料、锌阳极和电解液等方面进行了系统性的总结。并且,本文还提出了相关优化策略仍需探究的机制、适用材料体系等问题,最后对未来的研究方向做出展望。     

水系锌离子电池钒基正极材料储能机制、存在的问题及其改性策略

中性或弱酸性体系下的水系锌离子电池(AZIBs)因高安全、低成本及高能量密度等特性成为近年来研究的热点。其中,备受关注的钒基化合物具有比容量高、结构灵活多样等优点在AZIBs领域展现出了广阔的市场应用前景。主要总结了钒基材料的4种反应机制并叙述了钒基正极材料在AZIBs中的研究进展,在AZIBs中,Zn²⁺有着较大的离子半径,随着循环的进行Zn²⁺不断嵌入/脱出,引起材料结构的变化,从而导致活性物质从导电集流体上脱落,严重影响电池的循环寿命;钒基材料本身的导电性能较差,不利于电子的转移;钒基材料在AZIBs中的电压窗口比较窄。针对这些问题,主要从离子和分子预嵌、表面修饰和复合材料制备、缺陷设计及金属离子掺杂、自支撑电极结构设计、电解液优化等5个方面进行了总结,并对未来AZIBs钒基正极材料的研究方向进行了总结与展望。     

MXenes在锂离子电池负极材料中的应用

MXenes(M_n+1X_nT_x)是一类二维无机化合物材料,它由几个原子层厚度的过渡金属氮化物、碳化物或碳氮化物构成。由于具有大的比表面积、快速充放电性能和小的体积变化等优点,MXenes受到越来越多研究人员的关注。研究者希望能够利用MXenes材料研发出具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料,从而提高电池的能量密度和寿命。然而MXenes材料制备过程中产生的层间堆积和坍塌限制了其进一步的发展。目前,研究人员通过将MXenes与其他材料复合制备出具有新结构的材料,不仅可以扩大层间距,改善材料结构,还有助于改进材料的电化学性能。本文介绍了MXenes与碳纳米材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和硅等材料复合改性来提高材料电化学性能的研究策略,并探讨了MXenes和碱金属等材料复合实现稳定无枝晶的锂离子电池金属负极的方案。最后,阐述了MXenes应用在锂离子电池负极材料中面临的挑战,并作出了展望。      

碳包覆硒化锌用作高性能锂离子电池负极材料

石墨是当前锂离子电池的主流商用电极材料,然而受限于电化学储锂机理原因,其理论比容量偏低。因此,寻找高比容量负极材料的课题受到研究人员的广泛关注。本文以蔗糖为碳源,使用水热法制备了碳包覆 ZnSe,并探究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线衍射（XRD）等系统研究了材料的形貌、结构和组分等。结果表明,碳材料的引入,并未改变ZnSe的晶体结构。为了探究其电化学储锂特性,以金属Li作为对电极组装了锂离子电池半电池,并利用循环伏安法、恒流充放电等方法对其性能进行了评估。结果表明,相比目前常用的聚偏二氟乙烯（PVDF）黏结剂,使用羧甲基纤维素钠（CMC）作黏结剂,碳包覆ZnSe样品表现出更为优异的循环稳定性和更高的比容量。此外,相比纯ZnSe,碳包覆之后其锂离子电池储能特性得到了极大提升,在0.1 A/g电流密度下,经过 50次循环,在最优碳包覆含量下,其比容量由 228.8 mAh/g提升至 545.0 mAh/g;即使在 1 A/g电流密度下循环 500圈, 其比容量依旧保持在500 mAh/g以上。     

锂离子电池负极材料用纳米铁酸锌的制备及研究进展

铁酸锌(ZnFe2O4)因其优良的性能被用作锂离子电池新型负极材料,但ZnFe2O4导电性差,充放电过程中的体积效应严重,导致其循环稳定性低、容量衰减快、倍率性能差,限制了其的应用.本文介绍了几种制备纳米铁酸锌及铁酸锌复合材料的方法,通过扫描电子显微镜对纳米级铁酸锌的形貌结构进行了研究,总结了水热法、溶剂热法、静电纺丝...     

纳/微结构Sn-C复合负极材料的制备及其充放电性能

采用非水溶液溶胶-凝胶法,并结合高温碳热还原法制备锂离子电池用高可逆容量的Sn-C复合负极材料,通过调节Sn源与炭源的比例及碳热还原过程中的升温制度来控制金属Sn的粒度和Sn-C复合材料的结构形态。借助XRD、EDS、SEM、循环伏安及恒流充放电测试对材料的物化性能进行表征。结果表明,当Sn源与C源质量比为80:20、还原温度为800℃时,纳米级金属Sn均匀紧密地分布在无定形热解炭基体中,形成良好的纳/微复合结构,此时复合材料性能相对最优;该复合材料在电流密度为100 mA/g,首次可逆比容量为637.9 mAh/g,循环30次后充电容量保持在372.5 mAh/g以上,第二次循环库伦效率达到97%以上。     

石墨烯改性钒基储氢电池负极材料的组织与性能研究

采用球磨后再烧结方法制备出石墨烯改性钒基储氢电池负极材料,并进行材料的物相组成、显微组织、吸放氢性能和循环稳定性的测试与分析。结果表明:该材料由V基固溶体主相、呈三维网状结构分布的Ti Ni相以及呈弥散状分布的石墨烯组成,具有较佳的吸放氢性能和循环稳定性。与相同方法制备的V3Ti Ni0.56相比,该材料的最大吸氢量增加16.4%,放氢平台压力相当,20次充放电循环后的放电容量衰减率从92.8%减小至6.7%。     

银掺杂二氧化钛及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备银掺杂二氧化钛光催化剂,通过XRD、SEM、FT-IR、TG-DSC 和UV-Vis等技术对其进行表征.以甲基橙为模拟污染物,考察催化剂的光催化活性,探讨煅烧温度和银掺杂量对光催化效率的影响.实验结果表明：银掺杂二氧化钛提高了二氧化钛在紫外光和可见光下的光催化活性;当Ag掺杂量为1.00%、煅烧温度为450℃、催化剂用量为0.05 g时,银掺杂二氧化钛光催化剂在可见光条件下降解4 h 后,降解率达到92.57%,是纯二氧化钛的4.51倍;紫外光条件下降解2 h达到84.54%,是纯二氧化钛的2.27倍.     

晶须表面改性及其填充聚醚醚酮摩擦学行为

利用溶胶-凝胶(sol-gel)、氟表面活性剂(FSO)和钛酸酯偶联剂(NDZ-102)等对钛酸钾晶须(PTW)进行了表面改性,对比了改性后水接触角的变化,考察了干摩擦条件下PTW改性对聚醚醚酮(PEEK)复合材料摩擦磨损性能的影响.利用SEM和光学显微镜观察了磨损面和对偶面转移膜形貌,并分析了其磨损机理.实验结果表明:改性后PTW的水接触角均有不同程度的提高,FSO改性得最高;改性后PEEK复合材料的摩擦因数均降低,在各载荷下FSO和溶胶-凝胶改性PTW后PEEK复合材料耐磨性明显优于未改性的,300N载荷下较未改性的分别提高2.64和2.11倍;但是NDZ-102改性却降低了复合材料的耐磨性.     

锌锰干电池的同槽电解及锰还原浸出研究

同槽电解回收锌锰电池中金属发现二氧化锰回收率很低,提出了在中性条件用锌粉还原浸出二氧化锰的方法.实验结果表明,液固比对浸出率影响最大,液固比为2:1最好,浸出时间为120 min最好,50℃后浸出温度对浸出率影响不大,搅拌速度对浸出率几乎无影响.锌粉还原浸出MnO2动力学特征符合收缩球模型.     

过渡金属硫化物镁离子电池正极材料研究进展

镁离子电池作为高电压、高能量可充式电池的典范,已成为储能领域的科研重点和市场热点,开发可逆循环性好、与电解液良好兼容的正极活性材料是提升镁离子电池综合性能的关键。经研究发现,过渡金属硫化物(TMDCs)更加有利于镁离子在分子层间的嵌入和脱出,展现出较好的储镁能力。在介绍镁离子电池工作原理及关键材料的基础上,对近年来有关具有层状结构的MoS2和TiS2、块状堆积结构的谢弗雷尔(Chevrel)相以及其他过渡金属硫化物在镁离子电池正极材料方面的应用研究进行了梳理和总结,并对存在的问题和今后的研究重点以及发展趋势进行了阐述,希望能对今后有关提升镁离子电池综合性能研究起到一定的借鉴作用。     

具有核壳结构的FeS_2微米球与碳纳米管原位复合介孔材料的构建及其在锂离子电池中的应用

通过简单的水热反应原位合成了具有核壳结构的FeS_2微米球与多壁碳纳米管复合的介孔材料(C-S-FeS_2@MWCNT). FeS_2微米球表面由纳米片状颗粒堆叠形成的厚度为～350 nm壳层,以及以化学键的形式吸附在微球表面的碳纳米管共同构成了材料保护层.保护层具有丰富的官能团和大量的孔隙结构,保证了锂离子扩散通道,并有效抑制了体积膨胀. C-SFeS_2@MWCNT在200 mA·g~(-1)的电流密度下,250次循环可逆容量达到638 mA·h·g~(-1),倍率性能也得到明显改善,为过渡金属硫化物电极材料的微米化设计和体积能量密度的提升提供了可能.     

稀土掺杂合成离子电池正极材料LiMn2O4技术

锂离子电池由于工作电压高、自放电率低、能量密度大、循环寿命长而广泛应用于便携式设备.与锂钴氧相比,锂锰氧以其价格低廉、对环境无污染是一种更有吸引力的锂离子动力电池正极材料,但比容量低和高温循环性能差是长期以来困扰锂锰氧实现工业化的关键技术难题.我们采用机械化学活化法制备前驱体合成了多元稀土掺杂锂锰氧材料,研究表明,用稀土修饰的锂离子电池正极材料掺杂锂锰氧(LixMn2yREzO4,0.95≤x≤1.1,0≤y≤0.3,0≤z≤0.3),具有较标准的尖晶石结构;掺入合适的稀土元素后所合成的正极材料的比容量和循环性能都具有较大的改善,同时也具有比较优良的高温性能.     

Solution combustion synthesis and electrochemical properties of yttrium-doped LiMnPO_4/C cathode materials for lithium ion batteries

Phospho-olivine pristine LiMnPO_4/C and yttrium-substituted LiMn_(1-x)Y_xPO_4/C(x=0,0.01,0.03,0.05)were synthesized by a solution combustion method.The effects of Y-doped on structure,morphology and electrochemical performances were investigated.From powder X-ray diffraction pattern,all substituted materials adopt an identical structure to that of the LiMnPO_4 olivine structure,suggesting that the yttrium ion was well inco rporated into the crystal lattice,without any changes in the host crystal structure.The electrochemical impedance spectroscopy provides clearly that yttrium-substituting reduces the charge transfer impedance and improves the lithium ion diffusion through the structure.When x=0.01,the material shows an excellent capacity and stability during charge/discharge process.The initial specific discharge capacity can reach up to 156.84 mAh/g at C/20,with a coulombic efficiency of about 96.11%,which is 14% higher than that of the pristine material.The results confirm that the cyclic stability and the electrochemical performances of LiMnPO_4/C are highly improved by Y-doping.     

红磷的纳米化及其在钠离子电池中的应用

钠离子电池（SIBs）具有成本低廉、安全性高、环境友好等优点,且可以兼容现有的锂离子电池生产设备,在大规模储能以及电动汽车领域都有着广泛的应用前景。在众多的SIBs负极材料中,红磷拥有超高的理论比容量（2596 mA·h·g–1）、合适的氧化还原电位（0.4 V vs Na/Na+）以及丰富的资源储量,是极具潜力的SIBs负极材料。然而红磷极低的本征电导率和在储钠过程中巨大的体积效应极大的限制了其容量利用率、长期循环稳定性和倍率性能。目前对红磷基负极材料改性的最有效方法之一是红磷的纳米化,纳米化可以改善红磷的电化学活性和长期循环稳定性。为了便于研究者了解纳米红磷的制备方法,本文系统总结了纳米红磷的制备方法,包括球磨、升华冷凝、热还原、气相生长、溶剂热、化学沉淀等,并对各种方法的优缺点进行了分析比较,最后对未来的研究方向进行了展望。希望能以此促进红磷负极的发展及其在钠离子电池中的实际应用。      

具有核壳结构的FeS2微米球与碳纳米管原位复合介孔材料的构建及其在锂离子电池中的应用

通过简单的水热反应原位合成了具有核壳结构的FeS₂微米球与多壁碳纳米管复合的介孔材料(C-S-FeS₂@ MWCNT).FeS₂微米球表面由纳米片状颗粒堆叠形成的厚度为~350 nm壳层, 以及以化学键的形式吸附在微球表面的碳纳米管共同构成了材料保护层.保护层具有丰富的官能团和大量的孔隙结构, 保证了锂离子扩散通道, 并有效抑制了体积膨胀.C-S-FeS₂@ MWCNT在200 mA·g-1的电流密度下, 250次循环可逆容量达到638 mA·h·g-1, 倍率性能也得到明显改善, 为过渡金属硫化物电极材料的微米化设计和体积能量密度的提升提供了可能.      

湿法炼锌过程中氟的脱除方法及应用

湿法炼锌过程中,硫酸锌溶液中氟含量的多少直接影响锌片的剥离,易导致工作条件恶化,不仅给整个湿法炼锌系统带来严重影响,也会造成较大的经济损失.多年来,氟的去除一直是冶炼企业面临的难题,特别是锌二次资源的利用,导致电解液中氟离子浓度已超出冶炼企业的控制要求.目前,针对高氟硫酸锌溶液尚无一种高效、经济的除氟方法.为此分析和总...