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作者：郭南平南昌航空大学

学位级别：硕士

近几年电动汽车的推广,在动力电池领域中带动了可商业化正极材料的蓬勃发展,磷酸铁锂(Li Fe PO)和三元材料之间的此消彼长逐渐成为研究的焦点问题。一方面,Li Fe PO以其高性价比、长循环寿命以及优异的热稳定性和环境友好性等最具竞争... 详细信息

近几年电动汽车的推广,在动力电池领域中带动了可商业化正极材料的蓬勃发展,磷酸铁锂(Li Fe PO)和三元材料之间的此消彼长逐渐成为研究的焦点问题。一方面,Li Fe PO以其高性价比、长循环寿命以及优异的热稳定性和环境友好性等最具竞争力的优势,占据一定需求的市场;另一方面,Li Fe PO的导电性较差,实际容量略低,在大电流密度下的充放电性能上存在明显的劣势,导致其实际装车量一般低于三元材料。据文献报道,三维石墨烯导电网络结构能有效改善Li Fe PO的导电性和实际容量,而本文主要着重于采用类石墨结构材料构建三维导电网络,用以改善Li Fe PO电子电导率、离子扩散速率以及各种电极表面性质。通过将碳包覆磷酸铁锂(Li Fe PO@C)负载到二维类石墨烯结构材料上而形成Li Fe PO复合材料的基本单元,具有电子和锂离子双联通、快传导的优点,进而深入分析Li Fe PO复合材料中三维导电网络的形貌特征、形成机理以及高效传输作用机理。黑磷(BP)作为二维类石墨烯材料,具有电子电导率高、比表面积大以及足够的机械强度等优点。将BP作为三维导电网络结构的骨架,与Li Fe PO@C复合后,用于提高Li Fe PO正极材料的电子和锂离子传输。采用超声辅助液相剥离法,将BP晶体制备成BP纳米片的乙醇分散液,并在高能球磨的作用下,使得Li Fe PO前驱体、葡萄糖(CHO)和BP纳米片分散均匀,在高温煅烧中葡萄糖融化-碳化将Li Fe PO锚定于BP纳米片上,形成Li Fe PO@C/BP复合材料的基本单元。其中锂源、铁源、磷源和碳源都采用传统球磨工艺中的碳酸锂(LiCO)、草酸亚铁(Fe CO)、磷酸二氢铵(NHHPO)和葡萄糖(CHO),BP纳米片在制备过程中均处于惰性气氛中,降低其氧化的程度。为了降低三维导电网络的材料成本,以聚偏二氟乙烯(PVDF)制备具有氟掺杂类石墨烯结构碳(GLC-F)片,其成本仅为0.3元/g。将其应用于Li Fe PO复合材料中,因为考虑到碳包覆层衔接Li Fe PO与GLC-F片的作用,故碳源采用PVDF,而F掺杂也有利于提高碳材料的电子电导率。采用溶液浇铸法将PVDF粉末制备成PVDF薄膜,在预烧结以及超声辅助液相剥离后,制备出GLC-F片。采用与上节相同的复合材料制备工艺,在高温煅烧中PVDF融化-碳化将Li Fe PO锚定于GLC-F片上,形成Li Fe PO@CF/GLC-F复合材料的基本单元。为了降低类石墨烯结构碳(GLC)片的制备温度,并实现脱氟,采用了碱溶液处理上节制备的PVDF薄膜,同时采用三辊研磨机剥离得到的产物,实现其尺寸的进一步减小。同时,为了提高Li Fe PO与GLC片的结合度,在乙二醇中使Li Fe PO纳米颗粒原位生长于预处理的PVDF薄膜上,其中锂源、铁源和磷源为氢氧化锂(Li OH)、硫酸铁(Fe SO)和植酸(CHOP),并加入三聚氰胺(CHN)作为碳源和氮源。在高温煅烧时,CHN碳化将Li Fe PO锚定于GLC薄片上,形成Li Fe PO@CN/GLC-N复合材料的基本单元。采用XRD、HRTEM、FESEM、EDS、XPS、FTIR等测试对实验样品进行物相与形貌结构分析;为了进一步研究Li Fe PO复合材料的电化学性能,以复合材料为正极制备电池极片并组装半电池,并对半电池进行充放电循环测试、CV和EIS,主要侧重于分析半电池在大电流下的容量性能和循环稳定性。根据测试结果,三维导电网络结构提高了Li Fe PO复合材料的电化学性能。Li Fe PO@C/BP-3复合材料在0.1 C倍率下的初始放电容量为166.2 m Ah·g,在20C倍率下为91.0 m Ah·g,在20 C倍率下循环3000圈的容量保持率为79.0%,较Li Fe PO@C复合材料分别提升了2.52%、26.89%和81.61%。Li Fe PO@CF/GLC-F1复合材料在0.1 C倍率下的初始放电容量为170.3 m Ah·g,在20 C倍率下为108.7m Ah·g,在20 C倍率下循环1000圈的容量保持率为83.3%,较Li Fe PO@CF复合材料分别提升了5.97%、16.88%和33.92%。Li Fe PO@CN/GLC-N复合材料在0.1C倍率下的初始放电容量为165.2 m Ah·g,在5 C倍率下为111.8 m Ah·g,在5 C倍率下循环250圈的容量保持率为114.4%,较Li Fe PO材料分别提升了14.08%、48.86%和3.34%。

关键词：磷酸铁锂三维导电网络结构锂离子电池电化学性能

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硅/还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备及储锂性能

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硅酸盐学报 2023年第7期51卷 1689-1696页

作者：王鸣曾永浩何跃方鹏飞王晓亮沈丁辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁省矿物高值化与储能材料重点实验室辽宁阜新123000

以商业纳米Si颗粒(60 nm)和天然鳞片石墨为原料,采用静电原位自组装和水热还原的方法,设计开发了具有三维笼状导电网络结构的硅/还原氧化石墨烯(Si/rGO)纳米复合材料,以该复合材料为锂离子电池负极材料,研究了Si/rGO纳米复合材料储锂性... 详细信息

以商业纳米Si颗粒(60 nm)和天然鳞片石墨为原料,采用静电原位自组装和水热还原的方法,设计开发了具有三维笼状导电网络结构的硅/还原氧化石墨烯(Si/rGO)纳米复合材料,以该复合材料为锂离子电池负极材料,研究了Si/rGO纳米复合材料储锂性能及储能机理。结果表明:纳米Si颗粒均匀地分布在rGO三维笼状导电网络结构中,在锂离子嵌入/脱出过程中,该网络结构有效地抑制了纳米Si颗粒的体积膨胀,并且提供了更多的离子传输通道。在0.1 A/g电流密度下,Si/rGO纳米复合材料的首次放电比容量达到了1246 mA·h/g,第5次循环Coulombic效率为98.2%,容量保持率达到95.5%,表明纳米复合材料具有较快的稳定性。200次循环后,可逆容量保持在852 mA·h/g,Coulombic效率稳定在99.9%,容量保持率达到68.4%。

关键词：硅/还原氧化石墨烯三维导电网络结构储锂性能负极材料

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基于非共轭聚合物的厚度不敏感型电子传输层的制备与性能

基于非共轭聚合物的厚度不敏感型电子传输层的制备与性能

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作者：张治权湘潭大学

学位级别：硕士

十多年来,聚合物太阳能电池(PSCs)因具有可溶液加工和可制成大面积柔性器件等优点,引起了学术界和工业界的广泛关注。界面工程是确保PSCs的效率和稳定性最大化的根本有效手段之一。为了适用于大面积柔性器件的生产,开发出低成本、可低... 详细信息

十多年来,聚合物太阳能电池(PSCs)因具有可溶液加工和可制成大面积柔性器件等优点,引起了学术界和工业界的广泛关注。界面工程是确保PSCs的效率和稳定性最大化的根本有效手段之一。为了适用于大面积柔性器件的生产,开发出低成本、可低温溶液加工和厚度不敏感的电子传输层(ETLs)成为了目前进一步发展聚合物太阳能电池的重要方向之一。基于此,本论文致力于开发一类新型的非共轭聚合物用于厚度不敏感型电子传输层,以制备高性能的PSCs,其主要研究内容如下:1.将聚乙氧基乙稀亚胺(PEIE)分别与1,8-二碘辛烷(DIO)和1-碘丁烷(IB)进行季铵化反应得到PEIE-DIO和PEIE-IB。X射线光电子能谱、红外光谱和马尔文电位粒径分析等测试结果表明PEIE-DIO和PEIE-IB中存在碘化季铵盐,但只有PEIE-DIO能形成低度交联聚合物。研究结果表明,具有碘化季铵盐的PEIE-IB比PEIE具有更高的电导率和电子迁移率,表明季铵盐结构有利于提高聚合物的电子传输性能;同时具有碘化季铵盐和交联结构的PEIE-DIO比PEIE-IB具有更高的电导率和电子迁移率,表明交联结构有利于形成三维导电网络结构,从而提高聚合物的电子传输性能。以三种材料作为ETLs,PTB7-Th:PC71BM作为光活性层,制备了反式PSCs器件,其中,基于PEIE-DIO的PSCs器件性能最佳。当PEIE-DIO的厚度为9 nm时,其PSCs的能量转换效率(PCE)为10.06%,即使将PEIE-DIO的厚度提高到50 nm,其PSCs的PCE值仍能保持8.88%。这是首例将完全不含共轭单元的聚合物用于厚膜ETLs仍能实现高PCE的PSCs。2.为了考察不同卤素阴离子对具有三维导电网络结构的非共轭聚合物电子传输材料的性能影响规律,我们将PEIE与等量的DIO、1,8-二溴辛烷(DBO)和1,8-二氯辛烷(DCO)进行季铵化反应,分别得到聚合物PEIE-DIO、PEIE-DBO和PEIE-DCO。紫外电子能谱结果表明PEIE-DBO修饰ITO的功函数为3.94eV,是三者之中最低值。同时,PEIE-DBO的电导率和电子迁移率均高于PEIE-DIO和PEIE-DCO,这有利于电子传输和阴极对电子的收集。以这三种材料作为电子传输层,以PTB7-Th:PC71BM作为光活性层,制备了反式PSCs器件,其中,基于PEIE-DBO的PSCs表现出最佳的光伏性能,当PEIE-DBO的厚度为9 nm时,其PSCs的能量转换效率可达10.52%,当PEIE-DBO的膜厚为50 nm时,其PSCs的能量转换效率仍高达到9.09%,这表明PEIE-DBO在厚膜中的电子传输性能明显高于文献报道的共轭聚合物电子传输材料。同时,该研究结果也表明卤素阴离子的种类也会影响非共轭聚合物的电子传输性能和PSCs的光伏性能。

关键词：聚合物太阳能电池厚度不敏感型电子传输材料非共轭聚合物聚乙氧基乙烯亚胺三维导电网络结构

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泡沫镍基复合材料的制备及吸波性能

泡沫镍基复合材料的制备及吸波性能

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作者：陈炎婷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在当前所研究的吸波材料中,良导体材料具备优秀的电导衰减能力,但高电导率产生的差阻抗匹配特性限制了这类材料在吸波领域的发展,甚至这类材料没有得到足够的重视,因此改善具有高导电性的吸波材料的阻抗匹配具有非常深远的研究意义。商... 详细信息

在当前所研究的吸波材料中,良导体材料具备优秀的电导衰减能力,但高电导率产生的差阻抗匹配特性限制了这类材料在吸波领域的发展,甚至这类材料没有得到足够的重视,因此改善具有高导电性的吸波材料的阻抗匹配具有非常深远的研究意义。商用的泡沫镍材料（Nickle foam,NF）具备稳定的力学性能和彼此互联的三维导电网络骨架,但其本身的阻抗匹配性较差,因此通过对其包覆多孔碳、Zn O和石墨烯片（Graphene sheet,GS）等介电材料层,在不破坏其本身优异的结构优势下引入介电损耗机制,改善阻抗匹配,同时保留泡沫镍优异的衰减能力。本文通过对C-Zn O@NF复合材料的制备工艺进行优化并研究其包覆层厚度对吸波性能的影响。对GS@NF复合材料的制备工艺进行简单探索,通过模拟的方法,研究结构变量对泡沫镍吸波性能的影响并探索石墨烯包覆层厚度对GS@NF复合材料吸波性能的影响。通过形貌和物相的表征,将制备工艺中的溶液体系、搅拌时间、Zn（NO3）2浓度和热处理温度分别优化为:水溶液,1min,25°C,0.0375M,500°C,可得到多界面异相结构的C-Zn O@NF复合材料。通过增加包覆次数增加包覆层厚度,包覆次数为1时得到的C-Zn O@NF复合材料具有最优秀的电磁波吸收性能,归一化阻抗模|(5|值更接近于1,厚度为2.5mm的吸波样品在5.2GHz处可达反射损耗最小值（-26.18d B）,有效吸收带宽为1.78GHz（4.64GHz～6.42GHz）。通过简单的溶液浸渍方法可以制备出GS@NF复合材料的前驱体。以十四面体作为泡沫镍吸波模型的最小周期单元,通过改变孔径和筋径大小从而调节泡沫镍的吸波性能。小孔径或大筋径的泡沫镍的吸波性能表现在低频率,而大孔径或小筋径的泡沫镍的吸波性能主要表现在较高频率处。在泡沫镍的吸波模型基础下,构建了GS@NF的吸波模型。GS@NF复合材料的损耗吸收峰随包覆层厚度的递增而往左移动,峰值变小,有效带宽变宽。当GS@NF的包覆层厚度为14μm时,在12.5GHz和14GHz处出现两个明显的损耗吸收峰,其峰值分别为-14.56d B和-14.41d B,有效带宽可达5.1GHz,且通过分析其在13.8GHz处的能量密度分布和电场分布图,得出GS可以改善泡沫镍界面处的阻抗,同时引入介电损耗使GS@NF具有更强的衰减能力。

关键词：泡沫镍介电材料阻抗匹配包覆三维导电网络结构

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