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扫描电化学显微术用于聚阴离子型电极储锂/储钠界面反应动力学研究

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扫描电化学显微术用于聚阴离子型电极储锂/储钠界面反应动力学研究

作者：朱添华中科技大学

学位级别：硕士

电池电极界面是电池电化学反应的重要场所,对电池容量、库伦效率和循环寿命等均产生影响。目前界面表征技术多为对组分、形貌的分析,扫描电化学显微镜(SECM)是唯一能提供空间解析上界面反应动力学信息的检测技术。而界面电化学反应特征... 详细信息

电池电极界面是电池电化学反应的重要场所,对电池容量、库伦效率和循环寿命等均产生影响。目前界面表征技术多为对组分、形貌的分析,扫描电化学显微镜(SECM)是唯一能提供空间解析上界面反应动力学信息的检测技术。而界面电化学反应特征是电池性能的关键因素,故基于SECM对电极界面反应动力学进行研究。主要研究成果如下:(1)针对SECM研究中电极多为在非充放电条件下的界面活性检测,设计了检测与电池充放电仪联用的in-situ SECM平台,选用体积变化小的Na V(PO)(NVP)进行界面活性实时检测。嵌钠时界面发生快速稳定电荷传输。首圈0.45 V即形成SEI,使界面电子转移动力学常数k值降低。从第2至20圈SEI的成分、结构均保持高稳定性,第20圈后k值略增,确保了稳定的界面电荷传输与电池循环性能。(2)为进一步探索NVP储钠界面稳定的原因,探究其储锂性能以及界面活性差异。储锂与储钠性能差别大,储锂界面反应活性明显高于储钠。首圈0.6 V形成SEI,其不稳定在高电位下脱落使界面仍呈现电子导电性,但可使k值下降。后续循环SEI不断累积,至第20圈界面趋于稳定的电子绝缘性,k值进一步降低。相较于储钠界面,不稳定的SEI不利于离子的有效传输,对应电池的容量衰减。(3)针对NaFe(SO)(NFS)高电位下结构转变对应活性的影响以及CEI形成机制不明,对比了高/低(2.0～4.5 V/2.0～4.0 V vs.Na/Na)电压区间储钠行为,发现高电位下材料的结构转变释放新的储钠位点,使Na3嵌脱峰向高电位偏移,带来储钠动力学差异。在两个电压区间内CEI均在首圈形成,且利于界面电荷转移动力学(循环后k升高)。但高电位下CEI形成更厚、循环中CEI累积变厚,均使界面电化学反应动力学和反应活性略降低。

关键词：锂/钠离子电池界面反应动力学固态电解质膜电池原位检测技术扫描电化学显微术

PAN基碳纳米纤维的掺杂改性及储能性能研究

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PAN基碳纳米纤维的掺杂改性及储能性能研究

作者：龙必江武汉科技大学

学位级别：硕士

碳材料被认为是最有希望替代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。同时,硬碳材料作为难石墨化的碳材料,由于其独特的层状结构和大量的空位缺陷,在锂/钠离子电池负极材料的应用中具有一定的优势和潜力。但是硬碳材料由于自身的一些结构(... 详细信息

碳材料被认为是最有希望替代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。同时,硬碳材料作为难石墨化的碳材料,由于其独特的层状结构和大量的空位缺陷,在锂/钠离子电池负极材料的应用中具有一定的优势和潜力。但是硬碳材料由于自身的一些结构(无定形)局限,在充放电时候会阻碍电子的迁移和传输,导致倍率性能(稳定性)总是差强人意。因此我们采用两种有效的改性方法,去优化硬碳材料的结构和缺陷,来提升碳材料在储锂/钠上的性能。在静电纺丝技术基础下,一种方法是通过优化杂原子(硫)掺杂碳纳米纤维,提升材料导电性同时增加更多钠离子活性位点。另一个工作是通过过渡金属有机配位体与碳纳米纤维复合,修饰碳纳米纤维结构,提升更多储锂位点,实现倍率性能和可逆容量的共同提升。(1)本文报道了一种高活性硫掺杂碳纳米纤维(S-CNFs)电极材料,通过一步硫化和碳化作为钠离子电池的自支撑负极材料,且不经过预氧化。研究结果表明,S-CNFs电极具有较大的层间距离(4.1?)、较高的C-S键含量和更强钠离子吸附能。此外,制备的S-CNFs电极具有优异的可逆容量,在100 m A g电流密度下,经100次循环后仍具有401.9 m Ah g的可逆容量,和优异的长循环性,在5000 m A g电流密度下,1000次循环后可逆容量仍可以保持在258.3 m Ah g,接近100%库仑效率。通过硫原子掺杂,碳纳米纤维的晶体结构和电子结构进一步得到改善,更有利于钠离子的迁移和储存,从而S-CNFs表现出更优异的电化学活性。(2)在同样的碳源和静电纺丝技术下,在碳纳米纤维上原位生长出沸石咪唑骨架(ZIF-67),再经过一系列的热处理,得到了一种连续多孔碳纳米纤维膜,并且以自支撑形式作为锂离子电池负极材料,展现出较好的储锂性能。制备的Co-ZIF-CNFs样品在100 m A g电流密度下经过100次循环,其可逆容量为604.9 m Ah g;即使在2000 m A g的大电流密度下经1000次循环后,容量仍然保持在391.8 m Ah g。利用ZIF-67良好的热稳定性和多孔的结构优势,保证电极材料完整的三维结构,同时又提供更多的储锂位点,从而提升材料的储锂性能。

关键词：静电纺丝碳纳米纤维杂原子掺杂负极材料锂/钠离子电池

有机羰基化合物电极材料的制备及其储锂、储钠性能研究

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有机羰基化合物电极材料的制备及其储锂、储钠性能研究

作者：丁囿池河南工业大学

学位级别：硕士

化石能源的使用造成全球变暖和环境污染,亟需开发绿色可持续发展的能源体系以及储能技术,锂/钠离子电池具有绿色无污染和可持续的优点被认为是最为便利、有效的能源存储手段。而影响锂/钠离子电池能量密度的主要因素之一为电极材料,其... 详细信息

化石能源的使用造成全球变暖和环境污染,亟需开发绿色可持续发展的能源体系以及储能技术,锂/钠离子电池具有绿色无污染和可持续的优点被认为是最为便利、有效的能源存储手段。而影响锂/钠离子电池能量密度的主要因素之一为电极材料,其中传统的电极材料主要以无机材料为主,但是由于其理论比容量和结构稳定性并不理想,限制了在锂/钠离子电池中的实际应用。近年来,有机材料因其具有种类多样、资源丰富、取材方便、清洁可持续等特点,成为锂/钠离子电池电极材料的新选择。其中,有机羰基化合物具有理论比容量高、结构可调控等优点,受到研究者的关注。但是有机羰基化合物在实际应用于锂/钠离子电池电极材料时也存在着和其他有机电极材料共有的缺点,如在电解液中溶解度较高,使得循环稳定性较差;掺杂度较低,使得实际比容量偏低;导电性差,倍率性能不佳等。基于此,本文主要以有机羰基化合物作为锂/钠离子电池电极材料,通过盐化、聚合以及与碳基材料复合来改善其缺点,对合成的超分子组装体(SA-1)、聚2,5-二羟基对苯二甲酸(PDHTA)、四羟基苯醌邻二钠盐/碳点复合物(o-NaTHBQ/CDs)的形貌、结构进行表征,并探究这类有机羰基化合物的电化学性能及电化学储锂/钠反应机理。主要研究如下:(1)均苯四甲酸(PMA)作为有机羰基小分子化合物具有氧化还原反应速度快,理论比容量高的特点。本部分工作中采用化学合成法,将有机羰基小分子化合物PMA合成为超分子组装体(SA-1),作为锂/钠离子电池负极材料,探究它们的结构形貌和电化学性能。SEM结果显示,SA-1呈现规则的棒状结构。在50 m A g的电流密度下,电压区间为0.05～3.0 V,循环200圈后,PMA在锂离子电池中表现出455 m Ah g的放电比容量。同等条件下,SA-1则表现出578m Ah g的放电比容量。随后在倍率性能测试中,PMA和SA-1在2000 m A g的电流密度下分别表现出65和95 m Ah g的放电比容量。另外,作为钠离子电池负极材料的测试过程中,PMA和SA-1在50 m A g的电流密度下循环100圈后,放电比容量分别为32.8和92.1 m Ah g。在2000 m A g的大电流密度测试中,PMA的放电比容量为25.6 m Ah g,而SA-1则表现出64 m Ah g的放电比容量。综上结果显示,SA-1在作为锂/钠离子电池负极材料的过程中,均表现出比PMA更好的循环稳定性和更优异的倍率性能。随后我们通过非原位IR探索了SA-1的充放电机理,结果显示反应机理实质为羧酸的羰基和烯醇基之间相互转换的过程。(2)采用2,5-二羟基对苯二甲酸(DHTA)为单体通过缩聚法合成聚2,5-二羟基对苯二甲酸(PDHTA),并将其作为锂/钠离子电池负极材料。SEM结果显示,聚合后的PDHTA呈现更加规则的层状结构。电化学性能测试表明,在50m A g的电流密度下,电压区间为0.1～3.0 V,循环200圈后PDHTA在锂离子电池中的放电比容量为180 m Ah g,相比于相同条件下DHTA的放电比容量(106m Ah g)有较大提升。在480 m A g的大电流密度下循环1000圈,PDHTA依然保持着88 m Ah g的放电比容量,循环性能依旧优异。特别的,在作为钠离子电池电极材料时,PDHTA在50和480 m A g的电流密度下,放电比容量分别为81.5和43.5 m Ah g,仍表现出较好的电化学性能。随后我们通过非原位IR探索了PDHTA在0.1～3.0 V的充放电机理,反应机理实质为羧酸的羰基和烯醇基之间相互转换的过程。(3)小分子羰基化合物通过盐化作用可以在一定程度上提高其电化学性能,但依然存在电解液中溶解和导电性差的缺点,通过和碳量子点材料(CDs)复合可以进一步抑制其在有机电解液中的溶解性,同时提高其电子电导率,从而优化其循环和倍率性能。本部分工作中,我们通过简单的盐化反应得到四羟基苯醌邻二钠盐(o-NaTHBQ),并经过超声搅拌后将其与CDs进行复合。结果显示,o-NaTHBQ与CDs的复合质量比为20%时(o-NaTHBQ/CDs-2),电化学性能最佳。作为钠离子电池电极材料时,在电流密度为50 m A g,电压区间为1.0～3.0V的测试条件下,o-NaTHBQ/CDs-2复合材料首圈放电比容量为410 m Ah g,500次循环后依然保持182 m Ah g的放电比容量,且整个循环过程中库伦效率接近100%。在500 m A g的电流密度下,经过1300次循环,o-NaTHBQ/CDs-2复合材料表现出63 m Ah g的高比容量。通过非原位IR探索了o-NaTHBQ/CDs-2在1.0～3.0 V的充放电过程,反应机理实质为羰基和烯醇基之间相互转换的过程。

关键词：锂/钠离子电池有机羰基化合物电极材料设计改性电化学性能

基于机器学习算法的锂/钠离子正极材料性能预测

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基于机器学习算法的锂/钠离子正极材料性能预测

作者：杨诗洁辽宁科技大学

学位级别：硕士

在当前的储能电池系统中,应用范围最为广泛的锂离子电池、以及锂电池的低成本替代品——钠离子电池,都具有很高的经济价值。其中正极材料的结构特征与性能之间的关系对于提高电化学性能至关重要,在此基础上探究了掺杂钠基镍-锰（NMMn）... 详细信息

在当前的储能电池系统中,应用范围最为广泛的锂离子电池、以及锂电池的低成本替代品——钠离子电池,都具有很高的经济价值。其中正极材料的结构特征与性能之间的关系对于提高电化学性能至关重要,在此基础上探究了掺杂钠基镍-锰（NMMn）氧化物正极的循环放电特性容量,以及锂电极材料的六种性能:重量容量（Gravimetric Capacity,G＿C）、体积容量（Volumetric Capacity,V＿C）,稳定充电（Stability Charge,S＿C）、稳定放电（Stability Discharge,S＿D）重量能量（Gravimetric Energy,G＿E）、体积能量（Volumetric Energy,V＿E）。目前传统的试验法周期长,范围不广,无法系统性地预测结构与性能之间的映射关系,为此针对上述问题,本文做了如下工作:（1）本论文采用了两种机器学习（ML）方法,包括梯度提升算法（Gradient-boosting machine,GBM）和随机森林模型（Random forest,RF）,分析112个掺杂NMMn正极材料的数据集样本。利用电极材料的摩尔质量和晶体结构尺寸等基本系统特性,预测其的初始放电容量（initial discharge capacities,IC）和第50次循环放电容量（50th cycle end discharge capacities,EC）。结果表明:GBM算法在预测IC和EC时具有更高的准确性,均方根误差（Root Mean Squared Error,RMSE）分别为23.21 m Ahg和17.04 m Ahg;决定系数（coefficient of determination,R）分别为0.68和0.60。同时基于SHAP（SHapley Additive ex Planations）的变量重要性分析表明,具有特定钠含量（0.75

关键词：机器学习锂/钠离子电池正极材料性能参数梯度增强模型

基于三维多孔铜的先进负极材料的制备及高效储能研究

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基于三维多孔铜的先进负极材料的制备及高效储能研究

作者：解刚天津工业大学

学位级别：硕士

负极材料是锂/钠离子电池最重要的组成之一,是提升锂/钠离子电池能量密度和功率密度的关键。但是众多负极材料都存在充放电过程中体积变化大,电导率低等问题,亟待解决。本文基于三维多孔铜基材料进行先进负极材料的制备及高效储能研究,... 详细信息

负极材料是锂/钠离子电池最重要的组成之一,是提升锂/钠离子电池能量密度和功率密度的关键。但是众多负极材料都存在充放电过程中体积变化大,电导率低等问题,亟待解决。本文基于三维多孔铜基材料进行先进负极材料的制备及高效储能研究,将三维多孔铜基材料特性与负极材料相结合,三维多孔结构缓解了活性材料的体积膨胀,缩短了电子/离子的传输路径,Cu的引入提供快速的电子/离子通道,进一步解决了活性材料导电性差的问题。同时该策略为开发下一代能量存储系统的高能量密度和功率密度电极提供了思路。本文主要结果如下:铜增强导电的碳包覆硅微米颗粒用于高性能锂离子存储。通过熔炼甩带、脱合金腐蚀和热解涂覆获得了纳米多孔碳包覆Cu Si微米颗粒。TEM结果显示Cu和Si晶粒分散在碳中,碳包覆层缓解了硅的体积膨胀,同时减少了Si与电解液的直接接触。因此,在0.05 C的电流密度下循环200次后有1114.3 m Ah g的高放电比容量,容量保持率高达70%（相较于第三次循环）,明显优于np-SiCuMP的54%的容量保持率。np-SiCuMP@C在0.05 C循环200次后体积膨胀率仅为23.08%,优于np-SiCuMP。1 C的大电流时,np-SiCuMP@C在1000次循环后仍有高达600.1 m Ah g的高放电比容量。这种分散在无定形碳中的Cu/Si复合材料为Si微粒负极材料的设计提供了全新的思路。高自旋镍调节电子结构的碳纳米纤维用于高功率密度钠离子存储。在三维多孔铜基底上通过原位催化化学气相沉积法合成了一种直臂碳纳米纤维,并且使用浸渍还原法将Ni纳米颗粒嵌入到CNFs得到了3DP-Cu/CNFs/Ni一体式负极材料。大量缺陷的存在使化学吸附成为主要的储Na方式,在50 m A g的电流密度下,3DP-Cu/CNFs/Ni循环200次后具有418.1 m Ah g的比容量。此外,Ni-基团的增强作用使3DP-Cu/CNFs/Ni在大电流下比容量增长更明显,在1000 m A g的电流密度下,嵌入Ni纳米颗粒后的容量增长率为53.08%。DFT计算结果证实,Ni团簇嵌入单空位碳层使整个结构发生自旋极化。自旋极化引起了电子的重新分布,增强d（Ni）-p（C）电子之间杂化关系,降低了电化学反应的能量势垒。在远离Ni团簇的位置CNFs吸附Na+的吸附能大大降低。

关键词：三维多孔铜 Si微米颗粒碳纳米纤维锂/钠离子电池

尖晶石型高熵氧化物/rGO复合材料的制备及电化学性能研究

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尖晶石型高熵氧化物/rGO复合材料的制备及电化学性能研究

作者：田勤太原理工大学

学位级别：硕士

自十八世纪工业革命以来,能源一直作为推动人类社会发展的重要推力之一,然而传统能源的大量使用后带来的温室效应和资源短缺问题日益严重,清洁可再生能源的开发与利用正在成为当下的研究热点。锂/钠离子电池因其具有绿色环保、便捷、能... 详细信息

自十八世纪工业革命以来,能源一直作为推动人类社会发展的重要推力之一,然而传统能源的大量使用后带来的温室效应和资源短缺问题日益严重,清洁可再生能源的开发与利用正在成为当下的研究热点。锂/钠离子电池因其具有绿色环保、便捷、能量密度高等特点,已成为变革新能源革命中的重要研究内容。作为核心的电极材料,其性能的优劣将直接影响锂/钠离子电池关键性能的好坏。因此,开发成本低,高倍率性能,安全性好和使用循环寿命长的负极材料是目前锂/钠离子电池实现大规模发展关键,加强对电极材料的深层次研究将具有重要的研究价值。近年来,兴起的高熵材料因其具有组成复杂、可调控性强、结构稳定等优异性能,可以实现对电化学反应活性位点与工作电压的调控,并稳定在充放电过程中的电极结构,高熵效应是当前能量转化与储能材料研究的热点,特别是在电化学存储等方面。高熵设计理念的提出,有望为解决现有电极材料研发瓶颈、拓宽设计理念提供新发展思路。本论文将依据“高熵”设计理念,通过溶剂热和热处理制备高熵氧化物,接着通过水热法将高熵氧化物(HEO)与还原氧化石墨烯(rGO)复合制备复合材料作为锂/钠离子电池的负极材料,进一步揭示了HEO/rGO作为负极材料之间结构与性能关系,建立了高熵氧化物的结构与电化学性能之间的联系,解析了高熵氧化物在储能中相转变机制,充分挖掘了高熵氧化物在锂/钠离子电池中的应用。本文的主要研究内容如下:(1)采用溶剂热辅助热处理法制备高熵氧化物HEO((CrFeMnNiCo)O)并通过水热法将HEO颗粒均匀分散于rGO中,所制备的复合材料用作钠离子电池(SIBs)的负极材料。利用SEM、XRD、EDS和Raman等表征手段对制备的高熵氧化物/rGO复合材料的微观结构进行表征,表明成功制备了尖晶石型HEO。制备的复合材料大的比表面积,促进离子/电子转移,同时增加电解液和电极材料的接触面积使二者充分浸润,有利于加快反应的速率。电化学测试中,在900℃温度下制备得到的HEO与rGO复合后。在充放电过程中电流密度为100 m A g下,循环到200圈后仍能够保持在159.9 m Ah g的比容量且其首圈充放电比容量可达到439.1 m Ah g,展现了优异的循环稳定性。其在不同电流密度下的可逆容量,表明该材料具有良好的电化学可逆性。(2)利用溶剂热结合热处理和水热法制备的高熵氧化物(CrFeMnNiCo)O/rGO复合材料作为锂离子电池的负极材料,并对其进行电化学性能的测试。在100 m A g的电流密度下,循环到100圈时比容量能够保持在653.8m Ah g,表现了优异的循环稳定性。在倍率测试中,在电流密度为100、200、500、1000、2000和5000 m A g时的充放电测试循环放电容量分别为706.5、632.8、576.6、270.6和107.4 m Ah g的可逆循环容量,该HEO/rGO复合材料具有优异的倍率性能。通过动力学分析,HEO/rGO中锂存储过程主要依赖赝电容效应,赝电容贡献率的逐渐增加表明,HEO/rGO复合材料的独特结构可以为氧化还原反应提供更多的反应活性位点和缩短离子/电子的传输路径,从而促进了电化学循环性能;同时利用原位XRD进一步研究了HEO/rGO复合材料的储锂过程中电极的相转变方式。该材料在电化学测试中可以保持一个相对稳定的结构,使其具有优越的电化学稳定性。

关键词：锂/钠离子电池高熵氧化物石墨烯负极材料复合材料

过渡金属强化锑基氧化物复合材料储锂/钠性能的研究

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过渡金属强化锑基氧化物复合材料储锂/钠性能的研究

作者：王爱霞西北师范大学

学位级别：硕士

面对日益严峻的能源形势,可再生能源储能系统和清洁能源的开发利用受到极大的关注,在各种储能系统中,锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)是最受欢迎的二次储能系统。而传统的LIBs负极材料石墨理论容量较低(～372 mAh g),无法满足高比... 详细信息

面对日益严峻的能源形势,可再生能源储能系统和清洁能源的开发利用受到极大的关注,在各种储能系统中,锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)是最受欢迎的二次储能系统。而传统的LIBs负极材料石墨理论容量较低(～372 mAh g),无法满足高比容量的需求,此外,由于石墨与钠离子之间的相互作用较弱,并不能有效嵌钠,因此急需寻找下一代性能优异的LIBs负极材料,同时,要实现SIBs商业化,就要寻找一种价格低廉、理论容量高的负极材料。锑氧化物(SbO)如SbO、SbO、SbO等,因理论比容量高、合适的储锂/钠电位而备受关注。然而,由于其本征电导率低,在储锂/钠过程中反应动力学缓慢,转化反应不完全可逆以及较大的体积效应导致循环稳定性较差,首次库仑效率(ICE)偏低(锂/钠性能改善的规律。具体研究内容和结果如下所述:1.采用溶剂热法合成了Co-SbO/rGO复合材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS等对纳米材料进行了结构表征,分析了其组成、形貌、微观结构及元素形态,并进行了储锂/钠性能的研究,优化制备条件后得到最优的复合材料,将其用于LIBs时,在200 mA g的电流密度下,ICE为57%,循环200次后可逆容量保持在1036 mAh g,在1 A g的电流密度下循环800次后,仍然保持了450 mAh g的可逆比容量,同时,用于SIBs负极时,也具有较好的比容量、循环稳定性及倍率性能。这得益于Co的掺杂有效的提高了复合材料的导电性,减小了颗粒尺寸,海藻酸钠溶液(SA)的添加有效的降低了颗粒团聚,缓解了体积效应。2.以氧化石墨烯(GO)为碳基体,采用溶剂热法合成了FeSbO-SbO/rGO(FSG)纳米结构。结果表明:FeSbO-SbO纳米颗粒均匀地固定在rGO片上,经低温处理后得到FeSbO-SbO/rGO-200(FSG-200)纳米材料,当用于LIBs时,200 mA g的电流密度下ICE为67%,循环200次后容量保持率为98%;用于SIBs负极时,200次循环后容量保持率达到82%,在500 mA g电流密度下循环1000次后,可逆比容量保持在204 mAh g。优异的储锂/钠性能得益于FeSbO-SbO纳米粒子较小的晶粒尺寸,可以很好地缓解Li/Na嵌入/脱出过程的体积效应,还原氧化石墨烯片作为碳基体提高了导电性。同时,FeSbO与SbO间产生的内部电场促进了电子输运和离子扩散,反应中间体Fe的生成有利于降低LiO和Sb向Sb O转化的能量势垒,促进转化反应的可逆进行,有效提高了复合材料电化学储锂/钠性能。

关键词：锑氧化物过渡金属纳米材料锂/钠离子电池

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磷化钴材料在电化学能源领域的研究进展

化工进展 2021年第4期40卷 2188-2205页

作者：赵鹬周飞张伟伟李宁李世友李贵贤兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050

当今时代,人类社会的发展日益依赖巨量的能源,这与不可再生资源有限的储量相矛盾,发展绿色清洁、高效可持续的可再生能源和能源利用技术迫在眉睫。磷化钴材料作为过渡金属磷化物的重要一员,由于其对氢的优异吸/脱附性能和特殊的晶体结构... 详细信息

当今时代,人类社会的发展日益依赖巨量的能源,这与不可再生资源有限的储量相矛盾,发展绿色清洁、高效可持续的可再生能源和能源利用技术迫在眉睫。磷化钴材料作为过渡金属磷化物的重要一员,由于其对氢的优异吸/脱附性能和特殊的晶体结构,广泛应用于电解水、超级电容器和二次电池等电化学能量储存与转化领域。然而目前磷化钴材料的应用还存在很多缺陷,在电解水反应中活性组分易分解,结构稳定性差;在超级电容器使用中活性位点暴露不足、电导率偏低;作为锂/钠离子电池电极材料在充放电过程中存在巨大的体积变化而导致循环稳定性降低等。本文对磷化钴的晶体结构、制备方法及改良方法作了总结,对其应用于电解水、超级电容器和锂/钠离子电池的生效机理和发展近况进行概述。最后提出了存在的问题和未来的发展方向。

关键词：可再生能源磷化钴电化学电解水超级电容器锂/钠离子电池

一维氮掺杂碳包覆Fe_(3)O_(4)和Fe_(7)S_(8)纳米棒复合材料的制备及其储锂、储钠性能研究

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化学研究 2022年第1期33卷 62-71页

作者：梁正吴家豪王畅尚振领王逸飞刘严姜付义周艳丽烟台大学环境与材料工程学院山东烟台264005

以水热法制备的羟基氧化铁纳米棒作为反应原料,首先采用室温聚合法,在其表面包覆一层均匀的聚多巴胺,获得聚多巴胺包覆的羟基氧化铁,然后通过后续热处理,获得氮掺杂碳包覆的Fe_(3)O_(4)和Fe_(7)S_(8)复合材料(Fe_(3)O_(4)@NC和Fe_(7)S_(... 详细信息

以水热法制备的羟基氧化铁纳米棒作为反应原料,首先采用室温聚合法,在其表面包覆一层均匀的聚多巴胺,获得聚多巴胺包覆的羟基氧化铁,然后通过后续热处理,获得氮掺杂碳包覆的Fe_(3)O_(4)和Fe_(7)S_(8)复合材料(Fe_(3)O_(4)@NC和Fe_(7)S_(8)@NC)。采用XRD、拉曼光谱仪、XPS、SEM以及TEM等技术对上述两种复合材料的结构和形貌进行表征。将上述制备的两种复合材料分别作为负极材料,组装纽扣半电池,测试并研究其储锂、储钠性能。实验结果表明:Fe_(3)O_(4)@NC相比Fe_(7)S_(8)@NC展现出了更高的可逆比容量和更优异的高倍率储锂循环性能,在2 A·g^(-1)的电流密度下,循环300圈,其可逆比容量可分别维持在1083和859 mAh·g^(-1);作为钠离子电池负极材料,Fe_(3)O_(4)@NC相比Fe_(7)S_(8)@NC展现出了更平稳的循环稳定性,而Fe_(7)S_(8)@NC出现容量明显上升的趋势。在1 A·g^(-1)的电流密度下,循环350圈后,二者的电池容量分别为100和259 mAh·g^(-1);其优异的储锂、储钠性能主要取决于Fe_(3)O_(4)和Fe_(7)S_(8)纳米棒与氮掺杂碳层的协同作用。

关键词：羟基氧化铁氮掺杂碳 Fe_(3)O_(4) Fe_(7)S_(8) 锂/钠离子电池