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微纳米中空结构在锂离子电池正极材料中的应用

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微纳米中空结构在锂离子电池正极材料中的应用

作者：郭威信阳师范学院

学位级别：硕士

为了满足新能源汽车等产品的发展,我们迫切需要研发具有更高能量密度、更高倍率性能和更高循环性能的新一代锂离子电池。众所周知,正极材料的研究与锂离子电池的发展密切相关,而提高正极材料能量密度的基本方法有两种:一是提高材料的实... 详细信息

为了满足新能源汽车等产品的发展,我们迫切需要研发具有更高能量密度、更高倍率性能和更高循环性能的新一代锂离子电池。众所周知,正极材料的研究与锂离子电池的发展密切相关,而提高正极材料能量密度的基本方法有两种:一是提高材料的实际容量;另一种是提高电池的电位电压。基于此,我们选择了高理论容量的正极材料LiMnSiO和LiFeSiO以及高电位电压材料LiNiMnO。然而,由于电子电导率低、锂离子扩散系数低和结构破坏等问题导致这些材料很难有进一步的发展。所以针对以上问题,我们采用模板法制备了具有微纳米中空结构的复合材料,通过对其结构的合理控制,以获得更高的电化学性能。主要内容如下:1)为了提高电子电导率和锂离子扩散速率,缓解过渡金属离子在电解液中的溶解,我们采用硬模板法设计并合成了纳米中空结构的CNT@LiMnSiO@C正极材料。该材料具有均匀的核壳结构,并通过双重碳的复合来提高电极材料的电子电导率,同时精确的控制LiMnSiO层的厚度来实现锂离子扩散速率的提高,外层碳的包覆还有效地降低了锰离子的溶解。最后,得到的纳米中空结构CNT@LiMnSiO@C正极材料的实际容量达到225 mAh/g以上。当以0.2 C电流密度充放电时,经过50次循环后其放电容量保持率仍在80%以上。2)为了制备出比CNT@LiMnSiO@C电化学性能更优异的正极材料,我们选用了LiFeSiO,但是,结果表明,它虽然与LiMnSiO同属聚阴离子正极材料,其理论容量(166 mAh/g)却只有LiMnSiO的一半,而且纯LiFeSiO的导电率和锂离子扩散系数很低,不利于电化学反应。纳米中空结构的CNT@LiFeSiO@C却解决了这个难题,使其实际容量、循环性能和倍率性能都得到了一定程度的优化。当0.2 C电流密度充放电时,经过150次循环后其放电容量保持率仍在80%以上。3)为了促进了锂离子和电子的传输,减轻了体积变化造成的结构破坏,我们采用自模板合成法通过溶剂热反应和锂化工艺制备了微米中空长方体状LiNiMnO,该方法便于控制其形貌和尺寸的形成,其所得的微米中空长方体结构可以提高尖晶石结构的高电位电压LiNiMnO正极材料的循环性能和倍率性能。当以1 C电流密度放电时,放电容量可达125 mAh/g;当放电速率高达30 C时,放电容量仍有109 mAh/g,经过900次循环后放电容量保持率可达94.4%。

关键词：锂离子电池正极材料中空结构模板法

具有中空结构的NiFe基催化剂的形貌调控及其析氧性能研究

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具有中空结构的NiFe基催化剂的形貌调控及其析氧性能研究

作者：乔红艳中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,能源紧缺成为一大难题。为了构建可持续的能源结构,人们需要找到行之有效的能源存储方案。通过电解水反应将过量的电能转化为化学能(氢气和氧气),能够有效地解决能源存储问题。在电解水反应过程中,析氧反应由于复杂的四电子转移... 详细信息

近年来,能源紧缺成为一大难题。为了构建可持续的能源结构,人们需要找到行之有效的能源存储方案。通过电解水反应将过量的电能转化为化学能(氢气和氧气),能够有效地解决能源存储问题。在电解水反应过程中,析氧反应由于复杂的四电子转移机理,其动力学过程相当迟缓,人们需要找到高效的催化剂来加快析氧反应。目前,人们普遍认为RuO和IrO是有效的析氧催化剂,其在酸性和碱性电解液中表现出高活性。然而,成本高和储量不足这些缺点限制了他们的大规模生产和应用。最近的研究表明,NiFe基氢氧化物以及衍生出的氧化物和硫化物都表现出极低的析氧过电位。本论文主要围绕NiFe基氧化物和硫化物,通过设计中空的多面体结构和以碳层包覆金属合金、氧化物或硫化物颗粒的复合结构,制备出在碱性条件下具有高性能的析氧催化剂。本论文采用溶剂热的方法,通过调变Ni:Fe的金属比例制备出了具有不同形貌(包含正八面体、立方八面体和不规则的十四面体)的前驱体。后期经过自模板热解处理,最后得到具有中空结构的多面体复合材料(NiFe-HP)。利用多种表征技术研究复合材料的组成和结构等特征,并在碱性条件下对材料的电解水性能进行了测试。最终的结果表明:铁的比重增加时,不仅会改变材料的形貌,也会显著影响材料对析氧反应的催化活性。当金属投料比(Ni:Fe)为1:1时,制备的催化剂NiFe-HP在电催化析氧反应中表现出很高的活性和强稳定性。当电流密度为10mA cm时,NiFe-HP过电位只有280 mV。随后,在利用溶剂热法合成前驱体时直接引入硫单质作为硫源和形貌调控剂,通过改变硫单质的加入量,得到了具有不同形貌的前驱体。其中,主要有正方体、正八面体和立方八面体三种特征形貌。经自模板热解,多面体形貌仍能保持,并且内部形成大的空腔,生成了碳包裹NiFe硫化物、氧化物及合金的复合结构。结果表明,23-S-NiFe@NC-3样品具有极高的催化性能。电流密度为20 mA cm时,23-S-NiFe@NC-3对应过电位只有272 mV,碱性条件下的塔菲尔斜率为84 mV dec。其优异的性能归因于NiFe合金和碳层有效地提高了电子转移速率,以及NiFe硫化物、氧化物、合金与碳层的强有力的紧密结合及高效协同效应,使得催化剂不容易从电极表面脱落下来,从而表现出极高的稳定性。

关键词：析氧反应形貌调控中空结构 NiFe基复合物催化活性

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中空结构硅碳负极材料在锂离子电池中的应用

宁德师范学院学报（自然科学版） 2021年第2期33卷 141-146,152页

作者：阮玲芳王佳伟应少明宁德师范学院化学与材料学院福建宁德352100 福州大学化学学院福建福州350108

为解决硅负极材料在锂离子电池充放电过程中存在的巨大的体积膨胀以及电导性能差的问题,通过制备中空结构的硅碳复合材料,为硅材料预留内部缓存空间及在表面包覆碳材料提高材料的导电性.通过在表面包覆碳材料,利用碳材料优异的导电性能... 详细信息

为解决硅负极材料在锂离子电池充放电过程中存在的巨大的体积膨胀以及电导性能差的问题,通过制备中空结构的硅碳复合材料,为硅材料预留内部缓存空间及在表面包覆碳材料提高材料的导电性.通过在表面包覆碳材料,利用碳材料优异的导电性能及弹性性能,在保证电子电导的前提下缓解材料表面因体积膨胀而导致裂痕出现,从而提高材料使用寿命.结果表明,所制备的硅碳复合材料在500 mA·g^(-1)的电流密度条件下首次放电比容量达到1222.1 mA·h·g^(-1),经过120次循环后比容量仍可以达到435.47 mA·h·g^(-1),库伦效率保持在98%以上,呈现出良好的循环性能.

关键词：锂离子电池体积膨胀导电性中空结构硅碳复合材料

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中空结构的超细氯化钠粉体制备与表面分析

化学工程师 2009年第6期23卷 75-77页

作者：徐国财陶玉红邢宏龙吉小利张晓梅安徽理工大学化学工程学院安徽淮南232001

这是一种制备中空结构无机盐粉体的新方法。将NaCl与表面活性剂配制成溶液,通过喷雾干燥得到NaCl的粉末。用Scott漏斗法测定了粉体的松密度,大约为0.3g·cm-1。用偏光显微镜测定了粉体的粒径,通过XRD和SEM对粉体的晶型和形貌特征进行了... 详细信息

这是一种制备中空结构无机盐粉体的新方法。将NaCl与表面活性剂配制成溶液,通过喷雾干燥得到NaCl的粉末。用Scott漏斗法测定了粉体的松密度,大约为0.3g·cm-1。用偏光显微镜测定了粉体的粒径,通过XRD和SEM对粉体的晶型和形貌特征进行了分析,确认所得粉体颗粒由简单立方型NaCl晶粒组成且粉体粒子具中空状球形结构。

关键词：中空结构氯化钠超细粉体

氧化亚铜模板法制备中空结构的Pt/Cu合金及其电催化性能研究

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浙江理工大学学报（自然科学版） 2015年第5期33卷 622-628页

作者：王路峰施海波王騊王晟浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室杭州310018

以Cu2O为模板,以葡萄糖为还原剂,氯铂酸为Pt前驱体,水热法制备中空结构Pt/Cu2O,然后用盐酸移除模板制备了中空结构的Pt/Cu合金。通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜对所得样品进行表征。同时研究铂前驱体以及还原剂用量对产物形貌及性... 详细信息

以Cu2O为模板,以葡萄糖为还原剂,氯铂酸为Pt前驱体,水热法制备中空结构Pt/Cu2O,然后用盐酸移除模板制备了中空结构的Pt/Cu合金。通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜对所得样品进行表征。同时研究铂前驱体以及还原剂用量对产物形貌及性能的影响,并探讨了产物形成机理。与商业铂黑相比,所制备的Pt/Cu合金具有特殊的结构以及更多的活性点位,在甲醇催化氧化中具有更好的催化活性,其质量活性是商业铂黑的1.1倍。

关键词： Cu2O 模板法 Pt/Cu合金中空结构电催化

内压下轴编碳/碳复合材料喉衬细观结构与宏观应力状态的关联模型

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固体火箭技术 2023年第5期46卷 770-778页

作者：寇钤芊张光喜陈意高刘苏骅吴小军校金友文立华西北工业大学航天学院西安710072 西安航天复合材料研究所西安710025

针对内压作用下的中空轴编C/C复合材料设计问题,提出依据复合材料均匀化理论,将中空结构简化为功能梯度材料圆筒的构想,构建了轴编C/C复合材料细观结构与宏观应力分布的理论关联模型。以中空结构等应力分布为设计目标,采用所建立的关联... 详细信息

针对内压作用下的中空轴编C/C复合材料设计问题,提出依据复合材料均匀化理论,将中空结构简化为功能梯度材料圆筒的构想,构建了轴编C/C复合材料细观结构与宏观应力分布的理论关联模型。以中空结构等应力分布为设计目标,采用所建立的关联模型设计获得轴编C/C复合材料的编织工艺方案,并通过有限元仿真验证了方案的正确性。结果表明,建立的关联模型为轴编C/C复合材料喉衬的编织工艺设计提供了理论支撑,通过对碳棒和纤维束排布规律等细观结构的设计,喉衬内外周向应力差减小了24.58%。

关键词：轴编C/C复合材料喉衬中空结构功能梯度编织工艺设计细观-宏观关联模型

高光催化性能介孔TiO2@石墨化碳中空结构的设计合成

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高光催化性能介孔TiO2@石墨化碳中空结构的设计合成

中国化学会第30届学术年会-第三十三分会：绿色化学

作者：闫宝林王吉德宿新泰石油天然气精细化工教育部重点实验室新疆大学化学化工学院

TiO作为一种高效稳定光催化剂,已被广泛的研究应用于光催化领域。但它自身具有Eg大、量子效率低等缺点,极大地限制了其光催化活性。本研究利用SiO模板法合成了介孔TiO@石墨化碳中空结构,并将其应用于光催化分解水中。其中,所得到的光催... 详细信息

TiO作为一种高效稳定光催化剂,已被广泛的研究应用于光催化领域。但它自身具有Eg大、量子效率低等缺点,极大地限制了其光催化活性。本研究利用SiO模板法合成了介孔TiO@石墨化碳中空结构,并将其应用于光催化分解水中。其中,所得到的光催化剂的中空结构能够增加光的反射、折射,提高光能的利用;包裹的石墨化碳层具有优异的电导性及纳米尺度结构特征,能够有效的分离电荷,降低光生电子和空穴的复合,从而提高其量子效率。通过SEM、XPS、BET等不同表征手段对制备的样品进行表征,结果表明TiO@石墨化碳为表面粗糙,粒径大约400nm的中空球结构。在紫外-可见光照下该催化剂产氢速率可达14909μmol gh。

关键词： TiO2@石墨化碳中空结构光催化产氢

来源： cnki会议评论

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金属氧化物中空结构的合成与应用

金属氧化物中空结构的合成与应用

超声辅助法合成球形中空结构的有序介孔FDU-12材料

2017储能材料与能量转换技术专题会议

作者：王宝中国科学院过程工程研究所

中空结构的无机材料独有的结构特征赋予了其特殊的物理化学性质。报告人将汇报金属氧化物中空结构的设计制备和应用方面的工作:1)发展了一种简便的似微乳液模板法,利用较高温度下甘油在水中发生轻微聚合所形成的似微乳液液滴作为模板,... 详细信息

中空结构的无机材料独有的结构特征赋予了其特殊的物理化学性质。报告人将汇报金属氧化物中空结构的设计制备和应用方面的工作:1)发展了一种简便的似微乳液模板法,利用较高温度下甘油在水中发生轻微聚合所形成的似微乳液液滴作为模板,制备了纳米片组成的新型α-Fe2O3中空球,其表现出优异的储锂性能;2)向甘油-水体系中加入二价铁离子,利用二价铁离子与甘油分子上的两个羟基结合得到甘油-铁复合体,该复合体通过余下的一个羟基发生自组装,因为空间位阻效应而易于形成海胆状结构,得到尺度均匀、分散性好的海胆状α-Fe OOH中空球,经热处理可得到相应的海胆状α-Fe2O3中空结构,中空海胆状α-Fe2O3颗粒的储锂性能远优于相应的海胆状α-Fe2O3实心颗粒;3)采用乙二醇为溶剂的多元醇过程制备了铁醇盐中空球,揭示了铁醇盐中空球在多元醇过程中的形成机制遵循奥斯特瓦尔德熟化效应机制,在氩气气氛下热处理该铁醇盐中空球所得Fe3O4中空球表现出优异的储锂性能。4)进一步探索多元醇过程中颗粒的生长机制,在1,5-戊二醇体系中成功制备了氧化亚铜中空纳米立方体,揭示了形成过程中的定向生长与奥斯特瓦尔德熟化协同机制。

关键词：中空结构形成机制

来源： cnki会议评论

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超声辅助法合成球形中空结构的有序介孔FDU-12材料