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合金材料在锂金属负极中的应用研究进展

材料工程 2023年第7期51卷 78-88页

作者：南文争李昕昊许俊兴燕绍九戴圣龙中国航发北京航空材料研究院北京100095 中国地质大学(武汉)材料与化学学院地质探测与评估教育部重点实验室武汉430074

金属锂具有极低的电极电势及超高的比容量,是高比能锂二次电池的理想负极材料。然而,锂枝晶生长、体积膨胀效应及界面不稳定等问题限制了其商业化应用。通过合金负极、界面保护、负极结构设计及固态电解质等策略,可显著改善上述问题。... 详细信息

金属锂具有极低的电极电势及超高的比容量,是高比能锂二次电池的理想负极材料。然而,锂枝晶生长、体积膨胀效应及界面不稳定等问题限制了其商业化应用。通过合金负极、界面保护、负极结构设计及固态电解质等策略,可显著改善上述问题。锂合金材料具有高比容量、高离子电导率及良好亲锂性等特点,在上述策略中均扮演着重要角色。本文介绍合金材料的电化学性质,综述近年来合金材料在锂金属负极中的应用研究进展;最后梳理合金材料在锂金属负极中应用所面临的问题,并提出加强基础理论研究等建议。

关键词：合金负极界面保护负极结构设计固态电解质锂金属负极

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锌离子电容器正极材料研究进展

材料工程 2022年第12期50卷 51-59页

作者：王超君王楠陈翔王继贤彭思侃王晨齐新刘佳让戴圣龙燕绍九中国航发北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心北京100095 北京石墨烯技术研究院有限公司电池材料研发部北京100094

作为新型储能设备,水系锌离子电容器具有高功率密度、大能量密度、长循环寿命和高安全性等优异性能,在民用电子设备和军用电气化武器装备领域具有极高的应用前景,有望成为代替锂离子电池的新一代储能方案。本文系统梳理了活性炭正极材... 详细信息

作为新型储能设备,水系锌离子电容器具有高功率密度、大能量密度、长循环寿命和高安全性等优异性能,在民用电子设备和军用电气化武器装备领域具有极高的应用前景,有望成为代替锂离子电池的新一代储能方案。本文系统梳理了活性炭正极材料、碳纳米管正极材料、石墨烯正极材料和生物质碳正极材料等碳基正极材料的储锌能力,总结了MXene正极材料在锌离子电容器领域的研究进展,归纳了过渡金属氧化物正极材料的锌离子储存性能,指出开发高容量、耐高压、耐低温正极材料的必要性与紧迫性。

关键词：锌离子电容器超级电容器正极材料水系储能发展趋势

石墨烯与导电聚合物PSS∶PEDOT共包覆对LiCoO_(2)材料高电压电化学性能的影响

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航空材料学报 2023年第4期43卷 129-136页

作者：王继贤彭思侃王晨南文争刘明良燕绍九戴圣龙中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京石墨烯技术研究院有限公司北京100095 鲁东大学物理与光电工程学院山东烟台264025

采用易于规模化的湿法包覆工艺成功制备了石墨烯纳米片与聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)共包覆的LiCoO_(2)正极材料(GP-LCO),使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)及电化学测试方法研究包覆前后材... 详细信息

采用易于规模化的湿法包覆工艺成功制备了石墨烯纳米片与聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)共包覆的LiCoO_(2)正极材料(GP-LCO),使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)及电化学测试方法研究包覆前后材料的晶体结构、微观形貌及电化学性质。结果表明∶均匀分散的石墨烯纳米片(1%,质量分数,下同)与PEDOT∶PSS(2%)在LiCoO_(2)颗粒表面形成均一的包覆层;电化学测试结果表明,石墨烯纳米片与PEDOT:PSS所形成的复合包覆层不仅提升了材料的电化学反应速率,还改善了电化学反应的可逆性;经过表面包覆的GP-LCO添加2%Super P导电剂所制备的电极,在2.5~4.5 V(vs.Li+/Li)的电压范围内,0.1 C倍率下首次放电比容量173.9 mAh/g,10 C倍率下仍能表现出118.0 mAh/g的放电容量,循环性能和倍率性能均优于未包覆的LiCoO_(2)材料(LCO)。

关键词： LiCoO_(2) 石墨烯 PSS:PEDOT 表面包覆电化学性能

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锂硫电池回顾与最新发展

航空材料学报 2022年第5期42卷 32-51页

作者：燕绍九杨晓辰王超君陈翔刘佳让南文争刘津中国航发北京航空材料研究院石墨烯储能材料研究中心北京100095 中国地质大学(武汉)材料与化学学院地质探测与评估教育部重点实验室武汉430074 新南威尔士大学材料科学与工程学院悉尼2032

锂硫电池具有比容量高、生产成本低及环境友好等特点,是一种高能量密度的储能系统,在便携式电子设备储能中有巨大的发展潜力与应用前景。然而,锂硫电池在实际应用中仍面临着库仑效率低和寿命短等问题。这主要归因于多硫化物穿梭效应、S_... 详细信息

锂硫电池具有比容量高、生产成本低及环境友好等特点,是一种高能量密度的储能系统,在便携式电子设备储能中有巨大的发展潜力与应用前景。然而,锂硫电池在实际应用中仍面临着库仑效率低和寿命短等问题。这主要归因于多硫化物穿梭效应、S_(8)和Li_(2)S电导率低和锂枝晶生长不可控。抑制锂枝晶生长和阻止可溶性多硫化物与锂之间的反应不仅能增强锂硫电池的安全性和电化学性能,对高容量锂硫电池也至关重要。本文全面回顾了锂硫电池发展,着重介绍了高硫负载锂电池所取得的进展。通过分析机理了解锂硫电池的运作机制进而制定改进方式,包括对阴极使用分级多孔碳并进行元素掺杂以增加活性物质硫负载率,减少多硫化物的穿梭效应。还介绍了液态和固态电解液系统的发展以及增强阳极稳定性的各种策略。深入了解锂硫电池机理能加强对锂硫电池认知,可以指导高硫负载锂硫电池未来的发展。同时,提高各组件之间协同作用可进一步推动锂硫电池技术从纽扣电池和软包电池到随后的商业化规模应用。

关键词：锂硫电池多硫化物穿梭效应分级结构阳极保护

表面活性剂对高浓度石墨烯水分散液制备的影响

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材料工程 2019年第7期47卷 50-56页

作者：王晨燕绍九南文争陈翔中国航发北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心

分别选取阴离子型、阳离子型和非离子型3种类型表面活性剂,通过紫外可见光谱研究表面活性剂结构和浓度对高压均质-液相剥离法制备的石墨烯水分散液浓度的影响。通过高分辨透射电镜和激光粒度仪对所制备的石墨烯的品质进行分析。结果表明... 详细信息

分别选取阴离子型、阳离子型和非离子型3种类型表面活性剂,通过紫外可见光谱研究表面活性剂结构和浓度对高压均质-液相剥离法制备的石墨烯水分散液浓度的影响。通过高分辨透射电镜和激光粒度仪对所制备的石墨烯的品质进行分析。结果表明:长的疏水链段、双键和苯环官能团是促进表面活性剂作用发挥的关键结构,表面活性剂最优浓度略高于其临界胶束浓度。在测试范围内,Tween80效果最佳,其最佳作用浓度为0.012mmol·L^-1,所得石墨烯水分散液浓度为564.3mg·L^-1。表面活性剂的结构和浓度对石墨烯的品质无明显影响。

关键词：表面活性剂结构浓度石墨烯水分散液

Fe位Ga掺杂对Sr2FeMoO6磁性及磁输运性质的影响

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Fe位Ga掺杂对Sr2FeMoO6磁性及磁输运性质的影响

作者：燕绍九哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,由于发现SrFeMoO在室温具有高达5%(H=1 T)的磁电阻效应,引起了人们对这类双钙钛矿氧化物的研究兴趣,能带结构计算表明,理想的SrFeMoO化合物是半金属铁磁体,而且其居里温度高出室温近100℃,以上特点使得SrFeMoO成为可以用于室温... 详细信息

近年来,由于发现SrFeMoO在室温具有高达5%(H=1 T)的磁电阻效应,引起了人们对这类双钙钛矿氧化物的研究兴趣,能带结构计算表明,理想的SrFeMoO化合物是半金属铁磁体,而且其居里温度高出室温近100℃,以上特点使得SrFeMoO成为可以用于室温的自旋电子学器件的理想候选材料。掺杂是改变材料物理性质的有效手段,本文选择了对SrFeMoO的B位Fe离子进行掺Ga来改变材料内部的磁性相互作用。本文要利用传统的固相反应法合成SrFeGaMoO(0≤x≤0.6)系列的多晶样品,并且对该系列样品的磁性及磁输运性质进行相关测试。X射线衍射(XRD)分析表明,Ga离子的掺入没有引入杂相,但随着掺入的Ga离子含量的增加,B位的阳离子有序度降低。这影响了体系的磁性,具体表现为抑制了SrFeMoO中的铁磁性,在整个系列样品中观察到了多种不同磁性相之间的转换。在低掺杂部分,样品还呈现出与SrFeMoO相同的长程铁磁有序,但是居里温度TC随x的增加而迅速降低。当x=0.3和x=0.4时,由于非磁性Ga离子的增多和阳离子有序度的降低,样品中的长程铁磁有序被分割为铁磁团簇,而B位无序度的增加导致了样品中反铁磁含量的增加。由于铁磁/反铁磁的竞争,低温区域中出现无序的自旋玻璃相,存在冻结温度Tf,这种自旋玻璃叫做再入自旋玻璃,从另一种分类上也叫团簇玻璃。随Ga含量的进一步增加,样品中的铁磁成分继续减小,从而居里温度TC继续降低,这时体系中出现了经典自旋玻璃相。当x=0.6时,由于Fe含量的降低,样品中的铁磁成分已经很少,这时顺磁相向铁磁相的转变已经消失,但在低温区域观测到了反铁磁的转变温度Tf,值的注意的是在x=0.4的样品中出现了交换偏置现象,交换偏置由于其在基础研究有着丰富的物理内涵,而应用研究具有明确的应用目标和广阔的市场前景,而成为近几年的一个研究热点,但在双钙钛矿结构的氧化物SFMO中发现交换偏置现象还是首次。本文对该体系的磁输运性质也进行了相应的测试和分析,所有样品都表现为半导体行为,在测量温区内没有发现金属-半导体的转变,但随Ga含量的增加样品的电阻升高,并对温度的依赖程度变大,尤其是低温部分。由于所有的样品都是采用相同的工艺条件制备的,晶粒尺寸和晶粒边界应该不会有大的不同,所以磁电阻率随Ga含量的变化主要是阳离子有序度的降低,反位缺陷的增加引起的。x<0.3的样品的低场磁电阻(LFMR)明显提高,Ga的掺入形成了非磁性的-Mo-O-Ga-O-Mo-,它作为自旋相关散射的势垒减弱了亚铁磁有序的磁相互作用,使得磁矩变小,并且趋向不再一致,这增强了对自旋相关电子的散射。在x=0.6的样品LFMR收到了强烈的抑制,这归结于,随着Ga含量的增加铁磁颗粒变小,无序的自旋玻璃态的出现,从而使得隧穿势垒变厚,直接隧穿变得困难所致。

关键词：双钙钛矿氧化物SFMO X射线衍射再入自旋玻璃交换偏置自旋相关隧穿

3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展

同方学位论文库评论

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材料工程 2017年第12期45卷 112-125页

作者：王楠燕绍九彭思侃陈翔戴圣龙中国航发北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心北京100095

石墨烯优异的力学和物理性能使其成为理想的储能材料。因结构精确可控,易实现规模化制备,3D打印石墨烯材料有望在储能领域得到广泛应用。本文全面综述了3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展。石墨烯墨水的黏度和可打印性... 详细信息

石墨烯优异的力学和物理性能使其成为理想的储能材料。因结构精确可控,易实现规模化制备,3D打印石墨烯材料有望在储能领域得到广泛应用。本文全面综述了3D打印石墨烯制备技术及其在储能领域的应用研究进展。石墨烯墨水的黏度和可打印性是实现石墨烯3D打印的制约因素。实现工艺简单、浓度可控、无黏结剂石墨烯墨水的规模化打印将成为3D打印石墨烯制备技术未来的研究热点。石墨烯超级电容器、锂硫电池、锂离子电池等储能元件一体化打印成型是3D打印石墨烯在储能领域应用的发展方向。

关键词： 3D打印石墨烯储能超级电容器锂离子电池

SPS工艺对石墨烯增强铝基复合材料拉伸性能的影响

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稀有金属材料与工程 2019年第2期48卷 632-637页

作者：赵双赞燕绍九陈翔洪起虎李秀辉戴圣龙北京航空材料研究院北京100095

利用放电等离子烧结(SPS)技术在不同烧结温度及烧结时间下制备了石墨烯纳米片增强铝基复合材料(GNFs/Al),并对其微观组织及拉伸性能进行分析。结果表明,较低温度(500℃)烧结时,GNFs/Al复合材料界面结合力较弱,其拉伸性能差;较高温度(560... 详细信息

利用放电等离子烧结(SPS)技术在不同烧结温度及烧结时间下制备了石墨烯纳米片增强铝基复合材料(GNFs/Al),并对其微观组织及拉伸性能进行分析。结果表明,较低温度(500℃)烧结时,GNFs/Al复合材料界面结合力较弱,其拉伸性能差;较高温度(560及590℃)烧结可增强界面结合力,此时快速烧结能抑制界面反应的发生,有利于获得拉伸性能良好的GNFs/Al复合材料。560℃快速烧结制备的GNFs/Al依靠铝基体晶粒的细化及应力转移,其抗拉强度比纯铝提高了31%。

关键词：石墨烯增强铝基复合材料放电等离子烧结拉伸性能界面特征

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石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响

材料工程 2019年第1期47卷 11-17页

作者：李秀辉燕绍九洪起虎赵双赞陈翔中国航发北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心北京100095

采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基... 详细信息

采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基体中均匀分布,石墨烯的添加能显著增强铜基体的力学性能。与纯铜相比,添加0.025%(质量分数)的氧化石墨烯,可使其屈服强度提高219.8%,抗拉强度提高35.9%,弹性模量提高6.9%,此外,其导电率仍有93.1%IACS。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均有所下降,这是因为高石墨烯含量复合粉体中部分石墨烯纳米片未能被铜颗粒包覆,其与铜基体界面结合强度低,石墨烯的剪切应力转移强化效果降低。

关键词：石墨烯铜基复合材料一步化学还原力学性能界面结合