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磷酸钒钠Na_3V_2(PO_4)_3电化学储能研究进展

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物理化学学报 2017年第1期33卷 103-129页

作者：宋维鑫侯红帅纪效波中南大学化学化工学院长沙410083 Department of Materials Imperial College London

锂离子电池在全球范围内的广泛应用加剧了对锂资源的消耗,其成本和原料将限制其未来发展。钠与锂具有相似物理化学性质,并且储量丰富。根据锂离子"摇椅式"电池原理,富钠离子化合物可类似富锂离子正极材料,提供可脱嵌的钠离子及结构。钠... 详细信息

锂离子电池在全球范围内的广泛应用加剧了对锂资源的消耗,其成本和原料将限制其未来发展。钠与锂具有相似物理化学性质,并且储量丰富。根据锂离子"摇椅式"电池原理,富钠离子化合物可类似富锂离子正极材料,提供可脱嵌的钠离子及结构。钠离子较锂离子大,其可逆脱嵌反应要求材料结构具有较大的容钠位与离子迁移通道。聚阴离子体磷酸钒钠Na_3V_2(PO_4)_3属于钠离子超导体(NASICON)材料,其NASICON结构骨架形成了稳定的容钠位,并且开放的三维离子迁移通道利于提高钠离子的扩散。Na_3V_2(PO_4)_3作为电池正极材料,具有理想的比容量、电压平台与循环稳定性,从而受到了广泛关注。本文首先介绍了Na_3V_2(PO_4)_3结构特点,其次结合团队已有的工作基础对Na_3V_2(PO_4)_3在钠离子电池、混合离子电池、水系电池,混合超级电容器等体系中的应用与反应机理进行了阐述;总结了基于Na_3V_2(PO_4)_3设计的复合材料与结构并探讨了Na_3V_2(PO_4)_3可能存在的问题与未来发展趋势。

关键词： Na3V2(PO4)3 钠离子超导体电化学能源存储材料结构

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电池材料单颗粒分析方法

硅酸盐学报 2022年第1期50卷 185-193页

作者：徐为邹国强侯红帅纪效波中南大学化学化工学院长沙410083

相比于构建多孔电极的传统测试方法,从单个颗粒尺度直接对电池材料进行研究可以获取材料的本征特性,有助于更加深入的理解材料的电化学反应机制。讨论了几种单颗粒分析方法在电池材料研究中的应用,包括微电流固定接触法、单颗粒碰撞法... 详细信息

相比于构建多孔电极的传统测试方法,从单个颗粒尺度直接对电池材料进行研究可以获取材料的本征特性,有助于更加深入的理解材料的电化学反应机制。讨论了几种单颗粒分析方法在电池材料研究中的应用,包括微电流固定接触法、单颗粒碰撞法、微流控分析法以及光谱学单颗粒分析法,并对单颗粒分析方法的前景进行了展望。

关键词：二次离子电池电极材料电化学光谱学

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高熵电化学储能材料的研究进展与新机遇

硅酸盐学报 2022年第1期50卷 174-184页

作者：梅雨陈军邓文韬邹国强侯红帅纪效波中南大学化学化工学院长沙410083

能源革命中的新范式对电化学储能技术提出了更高的要求,而储能材料是电化学储能技术发展的关键。近年来,高熵作为一种新兴的材料设计策略,极大地扩展了电化学储能材料设计空间,有望用于突破当前电化学储能材料综合性能瓶颈,为电化学储... 详细信息

能源革命中的新范式对电化学储能技术提出了更高的要求,而储能材料是电化学储能技术发展的关键。近年来,高熵作为一种新兴的材料设计策略,极大地扩展了电化学储能材料设计空间,有望用于突破当前电化学储能材料综合性能瓶颈,为电化学储能技术发展提供新动力。重点介绍了高熵电化学储能材料在锂离子电池、钠离子电池以及超级电容器电极材料方面的研究进展;简述了高熵材料的基本概念,主要包括高熵的定义与相关效应。从高熵的视角,总结了相关效应对电化学储能材料结构特性及性能的影响规律。最后,总结了对未来高熵电化学储能材料发展所带来的新机遇与新挑战提出了个人理解。

关键词：高熵电化学储能材料锂离子电池钠离子电池超级电容器

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单粒子碰撞法探究磷酸铁锂中锂离子动力学机制

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单粒子碰撞法探究磷酸铁锂中锂离子动力学机制

第五届全国储能科学与技术大会

作者：纪效波粉末冶金国家重点实验室化学化工学院中南大学

＜正＞传统的电池材料研究方法聚焦于电极材料的集合体,而在单粒子的尺度对电极材料进行研究,则能够直接探究电极材料的本征特性,这能够帮助我们有效的开发新材料和提升现有材料的性能。磷酸铁锂是很成熟的商用电极材料,但是其本征电化...

＜正＞传统的电池材料研究方法聚焦于电极材料的集合体,而在单粒子的尺度对电极材料进行研究,则能够直接探究电极材料的本征特性,这能够帮助我们有效的开发新材料和提升现有材料的性能。磷酸铁锂是很成熟的商用电极材料,但是其本征电化学特征让需要更深入的研究。本实验室采用单粒子碰撞方法对磷酸铁锂充放电过程中的锂离子扩散机制进行研究,利用布朗运动的作用,均匀分散在电解液中的粒子随机的碰撞在微电极的表面,产生电化学信号,建立合适的理论模型能够从这些碰撞信号中提

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硫碳桥连材料界面化学及储能机制研究

硫碳桥连材料界面化学及储能机制研究

2019第四届中国能源材料化学研讨会

作者：纪效波中南大学

硫碳桥连材料（硫掺杂碳和磺化的碳）在钠离子电池和钠硫电池体系都表现出优异的储能性能,但是在其电化学储能过程中,价键的演变机制与其储能行为之间的关系尚不明确。基于此,利用小分子作为前驱体,设计制备了不同碳硫链长度的硫碳材料...

硫碳桥连材料（硫掺杂碳和磺化的碳）在钠离子电池和钠硫电池体系都表现出优异的储能性能,但是在其电化学储能过程中,价键的演变机制与其储能行为之间的关系尚不明确。基于此,利用小分子作为前驱体,设计制备了不同碳硫链长度的硫碳材料（OS-C,HCS和SC-BDSA）,并研究了硬碳材料的储能机制,以及这些材料的表界面价键变化与其储能行为之间的关系。以2,5-二羧基噻吩,苯磷酸,间苯二磺酸为前驱体,在不同盐浴条件下制到了三种碳基衍生材料（OS-C,HCSC和SC-BDSA）,这些材料中引入的硫主要以碳硫键的形式存在（C-Sx-C）,但是碳硫链的平均长度依次增长。通过原位拉曼、原位XRD及其他非原位技术表明,在储能过程中,OS-C电极中掺杂的硫主要表现为在高电位下的法拉第反应（1.0-3.0V）;而以短链硫为主的HCSC电极,在放电电压将至0.6V左右时,会发生部分碳硫键的断裂,同时碳骨架发生不可的逆异构,最终在充电末端形成异构化的碳,单质硫和多硫化钠;SC-BDSA材料中含有长链硫碳结构单元,长链部分可以直接在钠硫电池窗口贡献容量,结合短链部分,在宽电压窗口活化后,该材料在钠硫电池方面表现出优异的储能性能,即在0.25 A g-1下循环200圈,可逆容量仍有近750 mAh g-1。以上结果揭示了两个科学问题:1)杂原子掺杂碳材料的储能机制包含三部分,即法拉第反应、活性多孔位点的Li+/Na+存储和石墨化部分的离子嵌入;2)硫掺杂碳材料的特征氧化还原峰来自于不稳定碳硫桥连结构的不可逆断裂,其储钠过程可表示为:短链硫碳材料→嵌钠的碳和Na2S?异构化的碳和单质S。以上策略也为其他化学键合材料以及复合电极材料在储能过程中的表界面化学研究提供了新的启示。

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无机钠离子电池固体电解质研究进展

物理化学学报 2020年第5期36卷 75-82页

作者：徐来强李佳阳刘城邹国强侯红帅纪效波中南大学化学化工学院长沙410083

地球上钠资源储量丰富、成本低廉,使得钠电池吸引了越来越多研究者的关注。传统的基于有机溶剂电解液体系的钠电池在安全方面存在不足。固态钠离子电池能够有效解决安全的问题,增加电池的安全性能。固态钠离子电池是一种很有前景的储能... 详细信息

地球上钠资源储量丰富、成本低廉,使得钠电池吸引了越来越多研究者的关注。传统的基于有机溶剂电解液体系的钠电池在安全方面存在不足。固态钠离子电池能够有效解决安全的问题,增加电池的安全性能。固态钠离子电池是一种很有前景的储能方式。钠离子固体电解质主要有Na-β-Al2O3、钠超离子导体(NASICON)、硫化物、聚合物以及硼氢化物这几类。无机固体电解质相对于聚合物固体电解质,离子电导率有优势。本文总结了三种常见的无机钠离子固体电解质:Na-β-Al2O3、NASICON、硫化物的研究进展,从离子电导率和界面稳定性等方面阐述了近年来的发展。

关键词：固态钠离子电池安全无机钠离子固体电解质离子电导率界面

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钠离子电池碳基负极材料的电化学性能研究

钠离子电池碳基负极材料的电化学性能研究

第二届淮海绿色功能材料论坛暨第四届徐州清洁能源材料论坛

作者：纪效波中南大学

＜正＞对于大规模商业化应用,低成本、高安全性是首要条件,碳材料来源丰富、环境友好、无毒且稳定性好,是极具应用前景的钠离子电池负极候选材料。以乙醛、丙酮等小分子有机物为碳源,设计构建了三维碳框架、磷掺杂碳纳米片、硫掺杂碳纳...

＜正＞对于大规模商业化应用,低成本、高安全性是首要条件,碳材料来源丰富、环境友好、无毒且稳定性好,是极具应用前景的钠离子电池负极候选材料。以乙醛、丙酮等小分子有机物为碳源,设计构建了三维碳框架、磷掺杂碳纳米片、硫掺杂碳纳米片、硫氮共掺杂碳纳米片等具有优异储钠性能的钠离子电池负极

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电化学法构建功能材料及其在储能器件中的应用

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电化学法构建功能材料及其在储能器件中的应用

第三届全国新能源与化工新材料学术会议暨全国能量转换与存储材料学术研讨会

作者：纪效波湖南省长沙市岳麓区中南大学新校区化学化工学院

电化学法可广泛应用于纳米材料的合成,与其它化学法或物理方法相比,电化学法具有工艺灵活、成本低及效率高等优势,在科学研究工作及工业应用中都具有重要意义。采用电化学阴极剥离法在季铵盐有机溶液及室温离子液体中制备了缺陷较少的...

电化学法可广泛应用于纳米材料的合成,与其它化学法或物理方法相比,电化学法具有工艺灵活、成本低及效率高等优势,在科学研究工作及工业应用中都具有重要意义。采用电化学阴极剥离法在季铵盐有机溶液及室温离子液体中制备了缺陷较少的磷烯及石墨烯,揭示了相关电化学过程。以钴、镍、锰等金属片为工作电极,通过交流电法构建了NiCo双氢氧化物薄片、NiO量子点/石墨烯复合电极材料、Mn304/碳点复合材料等。利用电化学阴极极化法在季铵盐溶液中制备了微/纳米级锡和铅粉体材料,通过密闭光谱电化学电解池结合原位Raman光谱解析了阴极极化制备粉体材料的机理。所制备的系列材料可应用于锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等电极材料,均表现出了优良的电化学性能。

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碳点在钠离子电池中的应用

发光学报 2021年第8期42卷 1182-1195页

作者：郭瑞婷李林项赢尔李硕邹国强侯红帅纪效波中南大学化学化工学院湖南长沙410083

碳点是一类新兴的碳材料,由于其超小的尺寸、丰富的可控表面官能团、良好的生物相容性、无毒性和光致发光等特点,自发现以来得到了广泛研究,逐渐被应用于各种领域。近年来,碳点在新一代电池中的应用受到了广泛关注,针对碳点在钠离子电... 详细信息

碳点是一类新兴的碳材料,由于其超小的尺寸、丰富的可控表面官能团、良好的生物相容性、无毒性和光致发光等特点,自发现以来得到了广泛研究,逐渐被应用于各种领域。近年来,碳点在新一代电池中的应用受到了广泛关注,针对碳点在钠离子电池电极材料方面的应用优势和存在的挑战,本文以碳点衍生碳材料、碳点对电极材料的表面修饰和形貌调控为脉络,系统总结了碳点在钠离子电池电极材料方面的应用,探讨了碳点在电极材料构筑方面起到的关键作用,分析了碳点在钠离子电池应用中存在的挑战与未来的发展方向。本综述旨在为碳点在新一代储能电池方面的应用研究提供一定的参考和依据。

关键词：碳点钠离子电池衍生碳材料表面修饰形貌调控