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多孔镍/碳纳米管中空纤维膜的制备与结构表征

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天津工业大学学报 2018年第1期37卷 1-6页

作者：康建立任增英天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

泡沫镍作为电极活性材料的常用骨架,其孔径在500μm以上,为了制备出孔径小、空间利用率高的多孔金属集流体材料,探索了多孔镍/碳纳米管(Ni/CNTs)中空纤维膜的制备新工艺.首先配制包含金属镍粉的铸膜液,通过干-湿纺丝工艺得到中空纤维生... 详细信息

泡沫镍作为电极活性材料的常用骨架,其孔径在500μm以上,为了制备出孔径小、空间利用率高的多孔金属集流体材料,探索了多孔镍/碳纳米管(Ni/CNTs)中空纤维膜的制备新工艺.首先配制包含金属镍粉的铸膜液,通过干-湿纺丝工艺得到中空纤维生坯材料,经烧蚀掉有机物后,金属粉末烧结自组装成多孔镍中空纤维膜;然后以镍膜为基体负载催化剂后,采用化学气相沉积法在镍膜上直接生长CNTs制得多孔Ni/CNTs中空纤维复合膜.通过实验可知:铸膜液配比为wNi∶wPAN∶wPVP∶wNMP=50∶8∶1∶41,纺丝参数为采用插入管式喷丝头,其芯液流量为50 m L/min,计量泵泵供量为8 m L/min,釜内氮气压力为0.1 MPa,喷丝孔直径为1.5 mm,插入管外径为2.5 mm;在950℃还原性气氛下,烧结可以得到孔径5μm左右的多孔镍中空纤维膜.采用0.001 mol/L的Ni/Y催化剂,550℃下混合气体比例vAr∶vH2∶vC2H2=200∶50∶8时进行化学气相沉积,可在中空纤维Ni膜表面可生长出直径20~30 nm的CNTs.

关键词：无机膜多孔镍中空纤维膜碳纳米管

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柔性自支撑纳米结构电极的研究进展

材料导报 2020年第S2期34卷 30-36页

作者：张曦元康建立天津工业大学材料科学与工程学院天津300387 天津大学材料科学与工程学院天津300072

随着对新型储能设备的需求越来越热点化,各式各样的新能源器件取得了实质性的进步,电子设备也逐步向柔性化、轻量化方向发展。柔性电池应用前景广阔,受到越来越多的关注。本文主要介绍了柔性锂离子电池纳米电极材料的发展现状及制备方法... 详细信息

随着对新型储能设备的需求越来越热点化,各式各样的新能源器件取得了实质性的进步,电子设备也逐步向柔性化、轻量化方向发展。柔性电池应用前景广阔,受到越来越多的关注。本文主要介绍了柔性锂离子电池纳米电极材料的发展现状及制备方法,特别介绍了将活性物质负载于常规金属柔性集流体、柔性碳基材料以及其他新材料的开发与应用。最后对柔性电极发展过程中存在的问题进行了总结并对其未来的发展方向与面临的挑战进行了展望。

关键词：锂离子电池柔性自支撑电极柔性碳基材料金属集流体

具有高产氢反应催化活性的纳米多孔Ni基合金电极

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天津工业大学学报 2017年第6期36卷 45-49页

作者：康建立李一飞天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

为制备具有高催化活性的纳米多孔Ni基合金电极用于碱性电解水产氢,首先制备了Ni、NiCo、NiCu和NiFe 4种Ni基合金条带;基于NiCu和NiCo合金体系,利用脱合金化法制备了纳米多孔NiCu和NiCo合金;采用XRD、BET、TEM、LSV等方法分析Ni基合金的... 详细信息

为制备具有高催化活性的纳米多孔Ni基合金电极用于碱性电解水产氢,首先制备了Ni、NiCo、NiCu和NiFe 4种Ni基合金条带;基于NiCu和NiCo合金体系,利用脱合金化法制备了纳米多孔NiCu和NiCo合金;采用XRD、BET、TEM、LSV等方法分析Ni基合金的晶体结构、形貌结构和电化学性能.结果表明:Ni基合金均为面心立方晶型的单相固溶体;纳米多孔NiCo合金具有均匀的多孔结构,孔径分布为3~6 nm;与原Ni基合金相比,纳米多孔NiCu和NiCo合金的过电势和塔菲尔(Tafel)斜率大幅降低,催化活性明显提高,纳米多孔NiCo合金在电流密度20 m A/cm^2下过电势为140 m V,Tafel斜率为60 m V/dec),接近于Pt.因此,选择具有协同作用的掺杂元素和构建纳米多孔结构是提高Ni基合金电极产氢反应催化活性的有效途径.

关键词：纳米多孔Ni基合金碱性电解水产氢反应催化活性电化学性能

改进浮动催化化学气相沉积法制备直径可控的多壁碳纳米管(英文)

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新型炭材料 2017年第3期32卷 234-241页

作者：李亚娟马昌康建立史景利石强伍大恒天津工业大学材料科学与工程学院天津300387 四川创越炭材料有限公司四川阆中637400

采用改进的浮动催化化学气相沉法(FCCVD)制了直径可控的多壁碳纳米管(MWCNTs)。改进的FCCVD方法关键在于甲苯以气体的形式进入反应体系避免液体甲苯在高温下瞬间气化造成CNTs直径不可控。考察了二茂铁升华温度、载气中氢气含量,载气流... 详细信息

采用改进的浮动催化化学气相沉法(FCCVD)制了直径可控的多壁碳纳米管(MWCNTs)。改进的FCCVD方法关键在于甲苯以气体的形式进入反应体系避免液体甲苯在高温下瞬间气化造成CNTs直径不可控。考察了二茂铁升华温度、载气中氢气含量,载气流量等因素对MWCNTs的直径影响。结果表明:改变二茂铁的升华温度可以控制CNTs的直径分布,当二茂铁升华温度从348 K升高到378 K时,MWCNTs的直径分布从30~130 nm降到60~90 nm;氢气的存在使得CNTs的直径大幅度的减小,当氢气含量为30 vol%时,碳纳米管的直径降至为20~40 nm;提高载气流速也使得CNTs直径随着载气流量的增加而逐渐减小。

关键词：改良的浮动催化化学气相沉积法多壁碳纳米管甲苯二茂铁

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高性能超级电容器电极材料与电极结构

高性能超级电容器电极材料与电极结构

2017储能材料与能量转换技术专题会议

作者：康建立天津工业大学材料科学与工程学院

赝电容器是基于电极材料表面的快速氧化还原反应而储能,其相对于电池具有更高的充放电速率和功率密度,而与双电层电容器相比则具有更高的比电容和能量密度,因此,是一种理想的储能器件。然而,目前赝电容器的发展却并不令人满意,主要是因...

赝电容器是基于电极材料表面的快速氧化还原反应而储能,其相对于电池具有更高的充放电速率和功率密度,而与双电层电容器相比则具有更高的比电容和能量密度,因此,是一种理想的储能器件。然而,目前赝电容器的发展却并不令人满意,主要是因为绝大多数赝电容器用电极活性材料属于半导体或绝缘体,限制了电子/离子的传输,从而使电极性能急剧下降,失去实用价值。为解决此难题,近年来,人们从三维连续纳米多孔构造结构出发,开发了多种一体化电极,展现了广阔的应用前景[1]。本课题组在以下几方面开展了工作:(1)提出了金属原子掺杂改变氧化物本身电子结构,进而提高氧化物本身导电性的设计思想[2]。(2)开发了一种电化学极化自氧化制备纳米多孔金属/掺杂氧化物复合电极的新方法[3]。并在此基础上进行纳米多孔金属合金化设计,通过控制电化学极化原位掺杂工艺,合成了一种新型多元混价掺杂氧化物,其在水系电解液中的单电极稳定工作电压首次达到前所未有的1.8V,改变了人们对传统过渡金属氧化物储能的一般认识[4-5];(3)工作采用两步合成新方法,巧妙地避免了纳米多孔金属模板催化剂在高温下快速长大造成多孔石墨烯孔径变大的难题,首次获得孔直径在1-150nm的连续多级纳米多孔石墨烯,将其作为三维纳米多孔集流体与过渡金属氧化物复合,组装非对称超级电容器,其能量密度达到28 m Wh cm3,从而为下一代高性能、高安全超级电容器的设计开辟了新的途径[6-7]。

关键词：

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高性能赝电容器电极材料与结构的优化设计

高性能赝电容器电极材料与结构的优化设计

In-situ homogeneous synthesis of carbon nanotubes on aluminum matrix and properties of their composites

第31届全国化学与物理电源学术年会

作者：康建立天津工业大学

赝电容器是基于电极材料表面的快速氧化还原反应而储能,其相对于电池具有更高的充放电速率和功率密度,而与双电层电容器相比则具有更高的比电容和能量密度,因此,是一种理想的储能器件。然而,目前赝电容器的发展却并不令人满意,主要是因为绝大多数赝电容器用电极活性材料(如过渡金属氧化物等)属于半导体或绝缘体,限制了电子/离子的传输,使电极性能随电子/离子传输距离增加而急剧下降,从而失去实用价值。为解决此难题,本课题组提出了金属原子掺杂改变氧化物本身电子结构,进而提高氧化

关键词：

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2014年第7期24卷 2331-2336页

作者：李海鹏范佳薇康建立赵乃勤王雪霞李宝娥天津大学材料科学与工程学院天津300072 河北工业大学材料科学与工程学院天津300130 天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

Using nickel catalyst supported on aluminum powders, carbon nanotubes （CNTs） were successfully synthesized in aluminum powders by in-situ chemical vapor deposition at 650 ℃. Structural characterization revealed that the as-grown CNTs possessed higher graphitization degree and straight graphite shell. By this approach, more homogeneous dispersion of CNTs in aluminum powders was achieved compared with the traditional mechanical mixture methods. Using the in-situ synthesized CNTs/Al composite powders and powder metallurgy process, CNTs/Al bulk composites were prepared. Performance testing showed that the mechanical properties and dimensional stability of the composites were improved obviously, which was attributed to the superior dispersion of CNTs in aluminum matrix and the strong interfacial bonding between CNTs and matrix.

关键词： aluminum matrix composites carbon nanotubes chemical vapor deposition in-situ synthesis

多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜制备及其电化学性能

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表面技术 2018年第12期47卷 119-126页

作者：赵骏乔志军张志佳康建立于镇洋雷贻文孙荣禄天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

目的制备高比容量多孔钛/TiO_2纳米管三维自支撑一体化复合电极材料。方法采用非溶剂致相分离法与高温烧结相结合的方法制备出孔径小、空间利用率高的三维多孔钛平板膜,然后经阳极氧化法在其表面生长TiO_2纳米管,从而制备出多孔钛/TiO_... 详细信息

目的制备高比容量多孔钛/TiO_2纳米管三维自支撑一体化复合电极材料。方法采用非溶剂致相分离法与高温烧结相结合的方法制备出孔径小、空间利用率高的三维多孔钛平板膜,然后经阳极氧化法在其表面生长TiO_2纳米管,从而制备出多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极。结果以3μm粒径钛粉为原料,N-甲基-2-吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈为添加剂制备钛膜生坯,经刮膜成型后,在氩气保护下经1000℃烧结,得到孔径约为2～6μm的多孔钛平板膜。采用阳极氧化法在多孔钛平板膜上直接生长TiO_2纳米管,制得多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极。该复合薄膜电极在超级电容器中具有良好的电化学性能,其在2m A/cm2电流密度下,比电容为385.34m F/cm2,即使电流密度增加到10m A/cm2,比电容仍能保持在125.14m F/cm2。结论相较于TiO_2纳米颗粒,采用此方法制备的多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极具有良好的电化学性能,可为下一代储能器件提供新的思路。

关键词：非溶剂致相分离法高温烧结多孔钛二氧化钛纳米管薄膜超级电容器

纳米中空球状高电位LiNi0.5Mn1.5O4的制备及其电化学性能

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电源技术 2019年第6期43卷 912-915页

作者：吴宏照张少飞张志佳康建立天津力神电池股份有限公司天津300384 天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

以NiCl2·6 H2O和MnCl2·4 H2O为原料,采用溶剂热法可制备出Ni0.5Mn1.5(CO3)2前驱体,将前驱体进行空烧和锂化可成功制备出具有高电位的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。分别从磁力搅拌混合的搅拌速率与时间,以及空烧、锂化工艺的影响因素出发,... 详细信息

以NiCl2·6 H2O和MnCl2·4 H2O为原料,采用溶剂热法可制备出Ni0.5Mn1.5(CO3)2前驱体,将前驱体进行空烧和锂化可成功制备出具有高电位的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。分别从磁力搅拌混合的搅拌速率与时间,以及空烧、锂化工艺的影响因素出发,探讨了不同条件下合成前驱体Ni0.5 Mn1.5(CO3)2、中间产物Ni3Mn7Ox及终产物LiNi0.5Mn1.5O4的结构与形貌。对得到的正极材料LiNi0.5Mn1.5O4进行电化学性能测试,结果表明:添加非离子活性剂PVP后,慢速下磁力搅拌时间4 h,控制反应温度200℃,反应时间30 min时得到的前驱体结构均匀,并通过空气中500℃处理(1℃/min),800℃条件下在LiOH∶Li2NO3=1∶2 (摩尔比)中锂化5 h,以0.5℃/min降温速率得到的正极材料LiNi0.5Mn1.5O4具有最优的电化学性能。在0.1 C条件下放电比容量可达到150 mAh/g以上,且倍率性能和循环稳定性好。

关键词：溶剂热法煅烧锂化电化学性能