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变极性电解酸洗对碳素钢丝表面性质的影响

表面技术 2020年第6期49卷 323-329页

作者：王震夏德贵廖小珍上海交通大学化学化工学院上海200240 贝卡尔特(中国)技术研发有限公司江苏江阴214434

目的综合提高碳素钢丝的外观及功能性,深入理解新型变极性电解酸洗过程及其对钢丝表面的修饰作用。方法使用电化学工作站,通过设计电解程序模拟了不同电流密度下的变极性电解酸洗过程,根据电位曲线对电解过程进行分析;通过OM、CLSM、SEM... 详细信息

目的综合提高碳素钢丝的外观及功能性,深入理解新型变极性电解酸洗过程及其对钢丝表面的修饰作用。方法使用电化学工作站,通过设计电解程序模拟了不同电流密度下的变极性电解酸洗过程,根据电位曲线对电解过程进行分析;通过OM、CLSM、SEM、XPS等手段对酸洗后钢丝的表面性质进行表征。结果非稳态的变极性电解酸洗阳极过程均首先发生Fe的活性溶解,仅当电流密度高至816.0 A/dm^2时可使钢丝表面迅速转入钝态,并进一步极化至析氧过程。极低电流密度下(54.4 A/dm^2)的酸洗可获得光亮的表面;较高电流密度下(163.2~272.0 A/dm^2)的酸洗会使钢丝表面发暗,氧化程度变高,但形成了特殊的片层状表面微观形貌;更高电流密度(544.0 A/dm^2)的酸洗会导致钢丝表面过度侵蚀,呈破碎状态;而极高电流密度(816.0 A/dm^2)下的酸洗,获得了同时具有片层状微观形貌的光亮表面。结论通过控制酸洗电流密度可调控碳素钢丝的外观、表面微观形貌及氧化程度。816.0 A/dm^2电流密度下的电解酸洗可使钢丝保持光亮的同时形成片层状的微观形貌,可能使后续镀层具有特殊的功能性。

关键词：变极性电解酸洗碳素钢丝电流密度光亮表面片层状形貌

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低温甲醇水重整制氢催化剂研究进展

过程工程学报 2022年第5期22卷 573-585页

作者：申展江志东张鹏飞张子瑜车海英马紫峰上海交通大学化学工程系上海电化学能源器件工程技术研究中心上海200240 上海博氢新能源科技有限公司上海200080

甲醇具有结构简单、含氢量高、产能大等优点,利用甲醇与水蒸气进行重整是一种节能高效的现场制氢方式。甲醇水蒸气重整(MSR)与燃料电池联用能够实现多场景应用,但由于反应温度较高(250~300℃),存在启动速度较慢、副产CO含量较高和热效... 详细信息

甲醇具有结构简单、含氢量高、产能大等优点,利用甲醇与水蒸气进行重整是一种节能高效的现场制氢方式。甲醇水蒸气重整(MSR)与燃料电池联用能够实现多场景应用,但由于反应温度较高(250~300℃),存在启动速度较慢、副产CO含量较高和热效率较低等问题。低温甲醇水重整(LT-Methanol Water Reforming,LT-MWR)包括低温甲醇水蒸气重整(LT-MSR)与液相甲醇水重整(Aqueous-phase Reforming of Methanol,APRM),反应通常在200℃以下进行,同时保持较高的反应活性,进而能够减少预热时间、减弱副反应发生,且能与燃料电池实现更强的热耦合。本工作首先介绍了商用催化剂优异的性能与存在的缺陷,然后对低温甲醇水重整制氢催化剂,诸如Cu基催化剂、贵金属催化剂与光协同催化剂的研究进展进行了回顾。归纳了低温铜基催化剂的改性策略,包括合成方法、结构设计与元素掺杂。对国内外商用CuZnAlO_(x)催化剂结构与性能的测试表明,其转化率高和稳定性好,存在的缺陷是价格较贵且在低温区催化活性急剧下降。Cu基催化剂活性受温度影响较大,在低温区活性很低,但通过适当的改性能够实现其应用价值,其改性策略包括合成方法、结构设计与元素掺杂。贵金属催化剂低温下活性较高,但存在价格昂贵、合成复杂等缺点。光协同催化剂则是在光照条件下进行催化重整,尚处于研究阶段。对于Cu基催化剂,合成方法的改进能够大大改善催化剂的微观混合程度与可重现性。适当的结构设计可提升催化剂的比表面积与热稳定性。元素掺杂则能够提升活性组分的分散度,修饰催化剂表面结构。三种改性策略能够有效提升Cu基催化剂低温下甲醇重整制氢的性能,在保持较高活性的同时,降低CO副产物的含量。展望了低温甲醇水重整制氢催化剂的发展前景和挑战,对催化剂的开发与应用有指导意义。要点:(1)低温甲醇重整制氢可大幅降低CO含量。(2)低温技术有助于提升甲醇重整—燃料电池系统热效率。(3)合成方法、晶型结构和元素掺杂的改进可有效提升Cu基催化剂低温性能。

关键词：甲醇水蒸气重整低温铜基催化剂氢能燃料电池

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钠离子电池健康状态预测

储能科学与技术 2021年第4期10卷 1407-1415页

作者：冯一峰沈佳妮车海英马紫峰贺益君谈文杨庆亨上海交通大学化学化工学院上海电化学能源器件工程技术中心上海200240 浙江钠创新能源有限公司浙江绍兴312000 上海派能能源科技股份有限公司上海201203

钠离子电池健康状态(SOH)预测对于电池优化管理有重要意义,但由于钠离子电池老化机理复杂,影响因素众多,精准SOH预测挑战巨大。为此,本研究从健康状态时序测量数据出发,提出了基于双指数模型的粒子滤波法(DEM-PF)和基于小波分析的高斯... 详细信息

钠离子电池健康状态(SOH)预测对于电池优化管理有重要意义,但由于钠离子电池老化机理复杂,影响因素众多,精准SOH预测挑战巨大。为此,本研究从健康状态时序测量数据出发,提出了基于双指数模型的粒子滤波法(DEM-PF)和基于小波分析的高斯过程回归法(WA-GPR),以实现钠离子电池单步SOH和剩余可用寿命(RUL)预测。前者直接采用双指数函数构建时序SOH数据模型,并结合PF算法进行模型参数更新;后者采用小波分析实现时序SOH数据多尺度解耦,采用GPR构建各尺度数据模型并进行融合后实施预测。实验结果表明,相比DEM-PF方法,WA-GPR方法的单步SOH和RUL预测效果更好,单步SOH预测均方根误差为0.8%,RUL预测误差最小为3次循环,从而为钠离子电池管理提供有效支撑。

关键词：钠离子电池健康状态粒子滤波算法高斯过程回归小波分析

采用溶剂热法制备的钠离子电池用石墨烯基锡铜负极材料

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中国有色金属学报 2021年第4期31卷 931-937页

作者：董强徐海嵩潘飞王沛然何雨石李林森马紫峰日立(中国)研究开发有限公司上海分公司上海200020 上海交通大学−日立材料创新联合实验室上海200240 上海交通大学化学化工学院上海电化学能源器件工程技术研究中心上海200240

将原位溶剂热法、冷冻干燥和高温煅烧相结合,制备了石墨烯基锡铜复合物(SnCu@GS)。对SnCu@GS的嵌钠特性和电化学性能进行了研究。结果表明:在溶剂热反应中,石墨烯构建了一个三维多孔导电网络且片层上均匀分布着直径约70 nm的锡铜纳米颗... 详细信息

将原位溶剂热法、冷冻干燥和高温煅烧相结合,制备了石墨烯基锡铜复合物(SnCu@GS)。对SnCu@GS的嵌钠特性和电化学性能进行了研究。结果表明:在溶剂热反应中,石墨烯构建了一个三维多孔导电网络且片层上均匀分布着直径约70 nm的锡铜纳米颗粒。通过相同方法制备的无石墨烯支撑的锡铜小球的粒径差异较大,分布范围为200~4μm。这表明作为石墨烯导电网络来源的氧化石墨烯的引入可以有效防止纳米颗粒在反应过程中的二次团聚。SnCu@GS具有较好的循环稳定性和倍率性能,在200 mA/g电流密度下循环200次依然具有150 mA∙h/g的可逆容量。

关键词：石墨烯溶剂热法锡铜纳米颗粒钠离子电池

B_(2)O_(3)包覆NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)正极材料制备及其电化学性能

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储能科学与技术 2022年第9期11卷 2980-2988页

作者：郭凯强车海英张浩然廖建平周煌张云龙陈航达申展刘海梅马紫峰上海电力大学环境与化学工程学院上海200090 浙江钠创新能源有限公司浙江绍兴312000 上海交通大学化学工程系上海200240

O3型层状氧化物正极材料NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)具有高比容量、低成本和环境友好性等优点,被认为是最有前途的钠离子电池正极材料之一,但在充放电过程中会发生一系列复杂的相变,导致电化学性能较差。本研究报道了一种协同改性... 详细信息

O3型层状氧化物正极材料NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)具有高比容量、低成本和环境友好性等优点,被认为是最有前途的钠离子电池正极材料之一,但在充放电过程中会发生一系列复杂的相变,导致电化学性能较差。本研究报道了一种协同改性方法,以同时提高NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)正极材料的循环稳定性和倍率性能。通过将硼酸粉末和正极材料固相球磨混匀后低温煅烧,在NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)正极材料表面包覆纳米非金属氧化物B_(2)O_(3)。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学技术等测试手段,对比分析不同包覆量和原材料的形貌和电化学性能,筛选得到最优包覆量为2%(质量分数,余同)。该方法实现了B_(2)O_(3)的均匀包覆,并且没有改变NaNi_(1/3)Mn_(1/3)Fe_(1/3)O_(2)正极材料的晶体结构。通过电化学性能测试表明2%B_(2)O_(3)包覆材料在1 C倍率下循环200圈容量保持率从78%提升至87%。同时,2%B_(2)O_(3)包覆材料的高倍率性能也得到了改善,10 C高倍率下放电比容量从75 mAh/g提升至99 mAh/g。结果表明,这是一种有效且可靠的表面改性策略,可以增强钠离子电池层状氧化物正极材料的电化学性能。

关键词：硼酸 B_(2)O_(3)包覆层状氧化物钠离子电池 NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)正极材料

Sn掺杂NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_(x)O_(2)正极材料制备及其电化学性能

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储能科学与技术 2022年第6期11卷 1874-1882页

作者：张浩然车海英郭凯强申展张云龙陈航达周煌廖建平刘海梅马紫峰上海电力大学环境与化学工程学院上海200090 浙江钠创新能源有限公司浙江绍兴312000 上海交通大学化学工程系上海200240

O_(3)型NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)材料因兼具高容量特性和稳定的结构,已被认为是率先进入产业化的层状结构过渡金属氧化物正极材料之一。然而,该过渡金属氧化物正极材料的循环稳定性及倍率性能有待进一步提高。本工作制备一种Sn... 详细信息

O_(3)型NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)材料因兼具高容量特性和稳定的结构,已被认为是率先进入产业化的层状结构过渡金属氧化物正极材料之一。然而,该过渡金属氧化物正极材料的循环稳定性及倍率性能有待进一步提高。本工作制备一种Sn掺杂NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_(x)O_(2)正极材料。结构表征发现,适量的Sn掺杂不改变NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)材料的R3m空间群O_(3)型层状结构,同时Sn取代部分Mn可使层间距增大,增强Na^(+)扩散能力,减少嵌/脱钠过程对结构的破坏,但会使TM—O键长收缩,从而增强过渡金属层的结构稳定性。TEM测试表明,Sn掺杂的NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)材料呈现出更完善的层状晶格结构,这在一定程度上抑制了晶格畸变。同时,Sn掺杂可提高正极材料的氧化还原反应可逆性,并可能减少有利相变P相的损失。电化学性能测试表明,当Sn掺杂计量比为0.02时的NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3-0.02)Sn_(0.02)O_(2)材料电化学性能最佳。在2~4 V充放电区间下,0.2 C倍率电流首次放电比容量为139.1 mAh/g。在8 C倍率下放电比容量达110.5 mAh/g、200圈循环后的容量保持率为80.1%。本研究揭示了Sn的作用机理,对设计高倍率性能和高循环稳定性的正极材料具有一定普遍意义。

关键词：钠离子电池 NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)正极材料 Sn掺杂层状结构过渡金属氧化物

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基于多氟代醚和碳酸酯共溶剂的钠离子电池电解液特性

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储能科学与技术 2020年第2期9卷 392-399页

作者：车海英喻妍杨馨蓉廖小珍李林森邓永红马紫峰上海交通大学化工系上海电化学能源器件工程技术研究中心上海200240 浙江钠创新能源有限公司浙江绍兴312000 深圳新宙邦科技股份有限公司广东深圳518118

溶剂对锂/钠离子电池电解液离子电导率和安全性起着重要作用。碳酸酯类溶剂已应用于商业化的锂离子电池及钠离子电池研发中,但是其热化学稳定性有待提高。本工作率先在NaPF6/EC-DEC-FEC基础电解液中加入1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟... 详细信息

溶剂对锂/钠离子电池电解液离子电导率和安全性起着重要作用。碳酸酯类溶剂已应用于商业化的锂离子电池及钠离子电池研发中,但是其热化学稳定性有待提高。本工作率先在NaPF6/EC-DEC-FEC基础电解液中加入1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(F-EPE),部分取代DEC形成共溶剂,制备不同溶剂比的新型电解液,研究E-EPE对电解液可燃性、电导率、分解电位和电化学窗口等特性影响。将所制备的电解液应用于NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2(NFM)正极材料的电化学特征研究,揭示电极/电解液界面作用机理。结果表明,F-EPE能增强电解液的抗氧化能力,分解电压提高。随着F-EPE含量增加,电解液的阻燃性提高,当其含量达到30%时(EDH523F),形成不可燃电解液。当F-EPE含量为20%时(EDH532F),NFM容量保持率最佳,150圈后的容量保持率从75.7%(EC-DEC-FEC)提升至82.9%。SEM、ICP、EIS和XPS测试表明,相比基础电解液,EDH532F电池具有更稳定的电极界面和更低的界面阻抗,从而具有更好的循环性能。

关键词：钠离子电池多氟代醚电解液阻燃溶剂

ZrO_(2)包覆对层状氧化物正极材料储钠性能的改善

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过程工程学报 2022年第1期22卷 72-78页

作者：孙阳王红车海英廖小珍李林森崔桂嘉杨为民马紫峰上海交通大学化学工程系上海电化学能源器件工程技术研究中心上海200240 浙江钠创新能源有限公司浙江绍兴312000 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院上海201208

层状氧化物正极材料具有良好的结构稳定性和较高的充放电比容量,是一类理想的钠离子电池正极材料。本工作研究了层状氧化物正极材料NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)表面修饰对其电化学性能的影响,采用固相球磨法在正极材料表面包覆一... 详细信息

层状氧化物正极材料具有良好的结构稳定性和较高的充放电比容量,是一类理想的钠离子电池正极材料。本工作研究了层状氧化物正极材料NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)表面修饰对其电化学性能的影响,采用固相球磨法在正极材料表面包覆一层纳米ZrO_(2),采用形貌、结构、电化学方法等研究了包覆后性能改进机理。研究结果表明,ZrO_(2)在NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)表面形成一层惰性保护层,有效隔开了电解液与正极材料的接触,缓解了电解液的分解速度,抑制了金属离子的溶出速度,从而显著改善了电池的循环性能以及高温性能。在ZrO_(2)包覆修饰后,55℃下正极材料相比于未包覆的正极材料有明显提升,100次循环后容量保持率达到83.6%,高于未包覆的75.2%。此外,包覆后的NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)正极材料在空气环境存储后,稳定性得到明显提高。

关键词：钠离子电池层状氧化物正极材料 ZrO_(2)包覆高温性能空气稳定性