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金属有机骨架衍生CoS_(2)/NC作为高性能钠离子电池负极的研究

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电力科技与环保 2024年第3期40卷 258-265页

作者：傅世郑安鹏燕董默涵王舒冉杨浩王子丹边煜华刘朝孟东北大学冶金学院能源电化学与城市矿冶金研究所辽宁沈阳110819 东北大学外国语学院辽宁沈阳110819 先进能源材料化学教育部重点实验室(南开大学) 天津300071

随着能源的持续消耗和需求量日益增加,电化学储能器件飞速发展。钠离子电池作为锂电的替代储能体系成为研究重点,电极材料作为关键组成部件对电池的性能起着重要作用。过渡金属硫化物因其高理论比容量可作为钠电负极而备受关注,且储量丰... 详细信息

随着能源的持续消耗和需求量日益增加,电化学储能器件飞速发展。钠离子电池作为锂电的替代储能体系成为研究重点,电极材料作为关键组成部件对电池的性能起着重要作用。过渡金属硫化物因其高理论比容量可作为钠电负极而备受关注,且储量丰富,价格低廉,但是存在离子存储过程的氧化还原反应导致体积变化引起结构退化等问题。本文以高容量的硫化钴作为研究对象,设计在一个相对刚性的基体中束缚住硫化钴颗粒,限制离子插嵌过程中硫化钴的体积膨胀。主要通过溶剂热法制备金属有机骨架ZIF-67,以ZIF-67为前驱体,经高温碳化及硫化反应,合成氮掺杂碳包覆CoS_(2)纳米颗粒的复合材料(CoS_(2)/NC)。采用X射线衍射等研究方法对其进行测试,揭示了CoS_(2)/NC的储钠机理。结果表明:CoS_(2)/NC负极材料具有极高的比容量和良好的循环稳定性,在60 mA/g电流密度下的比容量达到了599.6 mA·h/g,在1200 mA/g电流密度下循环500圈后仍可保持455.4 mA·h/g的高容量。较小的电化学阻抗和较高的电容贡献率保证了电极材料优良的倍率性能和大电流密度下的循环性能。CoS_(2)/NC电极表现出优异的储钠性能,有望成为下一代高性能负极材料。改性策略操作简单、效果显著,可以广泛应用于其他电化学储能器件中。

关键词： CoS2/NC复合材料钠离子电池负极材料电化学性能金属有机框架

三维双金属硫化物Co9S8/MoS2/C异质结用于增强钠离子存储(英文)

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新型炭材料(中英文) 2023年第3期38卷 510-521页

作者：陈红穆建佳边煜华高宣雯王达刘朝孟骆文彬东北大学冶金学院能源电化学与城市矿冶金研究所

钠离子电池(SIBs)的阳极材料一直备受研究关注，但缓慢的动力学行为和较大的体积变化限制了其在实际应用中的推广。为了克服这些问题，本研究利用金属有机框架和MoS2的优异性能，设计并制备了具有稳定骨架结构的复合材料。以Co-ZIF为前... 详细信息

钠离子电池(SIBs)的阳极材料一直备受研究关注，但缓慢的动力学行为和较大的体积变化限制了其在实际应用中的推广。为了克服这些问题，本研究利用金属有机框架和MoS2的优异性能，设计并制备了具有稳定骨架结构的复合材料。以Co-ZIF为前驱体，添加Mo源材料，在高温硫化烧结的过程中，构建了花状的Co9S8/MoS2/C复合材料，探究其在不同温度条件下的结构和电化学性能。此外，通过密度泛函理论(DFT)分析了Co9S8(001)/MoS2异质结对扩散动力学的影响。结果表明，电子结构在异质结构的界面处发生了重塑，Co9S8/MoS2表现出典型的金属性和显著增强的电子导电性。在所有样品中，700°C合成的阳极材料Co9S8/MoS2/C具有更稳定的结构和优异的电化学性能。当电流密度从4 000恢复到40 mA g-1时，Co9S8/MoS2/C-700的放电容量可以从368 mAh g-1完全恢复到571 mAh g-1，并稳定在543 mAh g-1。综上所述，本研究提供了一些关于异质结材料合理制备的思路，有助于设计高性能的金属钠离子电池负极复合材料。

关键词：钠离子电池负极金属有机框架 MoS2 Co9S8

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响应曲面法优化甲烷水蒸气重整制氢工况参数

石油学报（石油加工） 2024年第3期40卷 708-717页

作者：黄兴马强武健玮王雨荷陈磊姚鑫华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 唐山创元方大电气有限责任公司河北唐山063000

基于Chemkin的蜂窝整体式反应器计算甲烷水蒸气重整中的甲烷转化率和氢气产率,得到不同工况参数(反应器温度、水蒸气与甲烷的摩尔比(水/碳比)和压力)对甲烷转化率和氢气产率的影响。采用响应曲面法以及Box-Behnken-Design模型对不同工... 详细信息

基于Chemkin的蜂窝整体式反应器计算甲烷水蒸气重整中的甲烷转化率和氢气产率,得到不同工况参数(反应器温度、水蒸气与甲烷的摩尔比(水/碳比)和压力)对甲烷转化率和氢气产率的影响。采用响应曲面法以及Box-Behnken-Design模型对不同工况参数进行优化,建立以氢气产率为响应目标的响应模型。结果表明,水/碳比和反应器温度对氢气产率的影响最为显著。当反应器温度为1079.65 K、水/碳比为3.94、压力为0.11 MPa时,模拟3次的平均氢气产率为80.58%。采用化学反应过程仿真与数值结果预测相结合的方法,显著减少了仿真时间,提高了计算效率和精度。

关键词：蜂窝整体式反应器制氢甲烷水蒸气重整 Chemkin模拟响应曲面法参数优化

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火法处理钢铁粉尘中有价元素研究现状及展望

烧结球团 2024年第3期49卷 10-17页

作者：邢磊张良进杜培培李智慧龙跃华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 华北理工大学现代冶金技术教育部重点实验室河北唐山063210 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

针对国内外钢铁冶金粉尘的化学组成和各有价元素的赋存状态,本文比较了国内外提取钢铁冶金粉尘有价元素的工艺现状,并基于热力学基本原理,着重分析了火法处理工艺的影响因素及存在的问题。在此基础上,围绕钢铁冶金粉尘协同资源化问题,... 详细信息

针对国内外钢铁冶金粉尘的化学组成和各有价元素的赋存状态,本文比较了国内外提取钢铁冶金粉尘有价元素的工艺现状,并基于热力学基本原理,着重分析了火法处理工艺的影响因素及存在的问题。在此基础上,围绕钢铁冶金粉尘协同资源化问题,提出高效利用粉尘自身所含碳素资源,采用火法富集—湿法分离提取—尾渣资源化工艺是我国冶金行业未来实现钢铁冶金粉尘全量资源化的一条有效途径。

关键词：钢铁冶金粉尘有价元素火法富集湿法分离提取尾渣资源化碳素资源

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微区扫描电化学测试技术原理及其应用进展

当代化工研究 2024年第8期 14-16页

作者：李天瑞李鑫刘畅蒋绍妍石忠宁刘风国东北大学冶金学院辽宁110004 辽宁生态工程职业学院辽宁110101

微区扫描电化学测试由于其独特的检测手段被广泛运用。本文综述了扫描振动电极技术(SVET)、扫描开尔文探针技术(SKP)、电化学阻抗谱技术(LEIS)、扫描电化学显微技术(SECM)四个微区扫描电化学测试技术的原理。并总结了微区扫描电化学测... 详细信息

微区扫描电化学测试由于其独特的检测手段被广泛运用。本文综述了扫描振动电极技术(SVET)、扫描开尔文探针技术(SKP)、电化学阻抗谱技术(LEIS)、扫描电化学显微技术(SECM)四个微区扫描电化学测试技术的原理。并总结了微区扫描电化学测试技术在腐蚀、生物科学扫描、界面反应和能源方面的发现与应用。微区扫描电化学技术与传统电化学测量技术、扫描电镜技术等相结合,将有助于更深入地理解电化学行为,为材料、生物、能源等领域研究取得新突破提供技术支持。

关键词：扫描振动电极扫描开尔文探针微区电化学阻抗谱扫描电化学显微镜

颗粒湿法分级技术及氢氧化铝精准分级的研究进展

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过程工程学报 2024年第6期24卷 647-659页

作者：皮溅清王明理杨汝意张海东任晓娜黄青山李萍广西田东锦鑫化工有限公司广西百色533000 开曼铝业(三门峡)有限公司管理总部浙江杭州310000 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 中国科学院青岛生物能源与过程研究所山东青岛266101 山东能源研究院山东青岛266101 青岛新能源山东省实验室山东青岛266101 青岛大学化学化工学院山东青岛266071

随着电解铝行业的蓬勃发展,现代大型预焙电解槽和干法净化技术均需砂状氧化铝作为生产原料。但国内氧化铝企业生产多为中间状氧化铝或“准砂状”氧化铝,且颗粒粒度呈周期性变化,产品质量与世界先进水平差别较大,主要原因是原料差异及现... 详细信息

随着电解铝行业的蓬勃发展,现代大型预焙电解槽和干法净化技术均需砂状氧化铝作为生产原料。但国内氧化铝企业生产多为中间状氧化铝或“准砂状”氧化铝,且颗粒粒度呈周期性变化,产品质量与世界先进水平差别较大,主要原因是原料差异及现有氢氧化铝颗粒分级技术不达标所致。因此,亟需研制高精准、高效率的氢氧化铝湿颗粒分级装置,实现大颗粒、较窄粒径的高质量砂状氧化铝(+80μm≥90%,-45μm<8%)生产。本工作首先对国内外常用的、规模化应用的湿法颗粒分级技术进行综述,对水力分级技术、湿法筛分技术及新型耦合分级技术进行分析,随后提出将水力分级与筛网分级相结合、可应用于氢氧化铝颗粒苛刻分级要求的新型“流化-筛分”精准分级方法,最后研制出可实现规模化连续生产的小试分级装置(3.3 m^(3)/h),且该方法通过了生产企业的现场侧线验证。该新型颗粒精准分级技术不仅有望在氧化铝行业实现节能减排、转型升级、降低生产成本并能取得显著经济效益,还可促进选矿、精细粉体行业的迅速发展,具有重要的实用和推广应用价值。

关键词：氢氧化铝颗粒分级砂状氧化铝散式流态化筛分

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熔融氯化镁热解装置设计与研究

稀有金属 2015年第7期39卷 623-629页

作者：王文博牛丽萍张廷安吕国志周爱平东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004

目前,中国大部分海绵钛生产企业采用外购TiCl4原料通过镁热还原法来生产海绵钛,但对该过程的副产物熔融氯化镁没有综合利用,氯化镁保存难度较大,从而造成资源、能源的浪费以及环境污染诸多问题。基于以上背景,我们提出以钛冶炼过程中蒸... 详细信息

目前,中国大部分海绵钛生产企业采用外购TiCl4原料通过镁热还原法来生产海绵钛,但对该过程的副产物熔融氯化镁没有综合利用,氯化镁保存难度较大,从而造成资源、能源的浪费以及环境污染诸多问题。基于以上背景,我们提出以钛冶炼过程中蒸馏工序段熔融氯化镁为原料,在通氧条件下,熔融态氯化镁直接热解,得到产物氧化镁和氯气,氧化镁既可直接利用,也可用于分解制取镁,而氯气则可进入沸腾氯化工艺,从而实现钛生产过程中的镁氯循环以及副产物的综合利用。通过对反应热力学、热化学的计算以及实验模拟来确定气相反应的主反应器文丘里管的尺寸。文丘里管的尺寸设计为:收缩段长度为136 mm,扩压段长度为343 mm,喉口段长度为32 mm。喉口处引射口直径为25 mm。入口圆筒段长为100 mm,出口圆筒段的长度为30 mm。材质选用镍基合金高温材料MA956。

关键词：熔融氯化镁直接热解热力学文丘里管

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铝电池的开发与应用进展

东北大学学报（自然科学版） 2001年第2期22卷 130-132页

作者：李庆峰邱竹贤东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004

金属铝是一种很高的能量载体 ,是开发电池的理想电极材料·铝一直没有成功地应用于电化学能量储存和转换技术 ,是由于金属铝表面有一层保护膜 ,导致电极电位显著低于理论值且电压行为明显滞后 ,而在活化状态下铝的抗腐蚀性下降·这些问... 详细信息

金属铝是一种很高的能量载体 ,是开发电池的理想电极材料·铝一直没有成功地应用于电化学能量储存和转换技术 ,是由于金属铝表面有一层保护膜 ,导致电极电位显著低于理论值且电压行为明显滞后 ,而在活化状态下铝的抗腐蚀性下降·这些问题限制了铝电池的早期开发应用·近年来通过开发各种新型的铝电极及相应电解质的添加剂 ,铝电池的研究取得了突破性的进展 ,开拓了铝的应用电化学的新领域·综合评述了近年来铝在电化学能源技术方面的研究和应用的新进展·内容按电解质体系分为水溶液电解质电池、铝空气电池和熔盐及常温有机熔盐电解质电池等·

关键词：铝-空气电池铝阳极空气负极电极电位电化学能源电解质体系

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废旧锂离子电池负极材料再生和利用进展

化学工业与工程 2021年第6期38卷 2-12页

作者：刘东旭蔡牧涯陈翔谢宏伟宁志强尹华意东北大学冶金学院沈阳110819

随着电动汽车市场的蓬勃发展,将产生大量的废旧动力电池。考虑到有害废弃物对环境的污染以及资源的稀缺,废旧锂离子电池的回收具有重要的经济价值和现实意义。近年来正极材料(比如高价值金属钴、镍和锂等)的回收已经取得了可观的进展,... 详细信息

随着电动汽车市场的蓬勃发展,将产生大量的废旧动力电池。考虑到有害废弃物对环境的污染以及资源的稀缺,废旧锂离子电池的回收具有重要的经济价值和现实意义。近年来正极材料(比如高价值金属钴、镍和锂等)的回收已经取得了可观的进展,但对附加值较低的负极材料(主要是石墨)的再生却鲜有提及。然而,考虑到碳材料的广泛应用,负极中高于环境丰度的锂含量,有关负极材料的回收自2016年来也引起了重视。因此,总结了锂离子电池石墨负极材料回收的研究进展,从能源、环境和资源成本等角度分析了包括直接物理回收、热处理回收、湿法回收、热处理和湿法回收相结合、萃取法和电化学法等各个回收路线的优势和不足;此外,对回收负极材料在储能和制备功能材料领域的再利用做出扼要重述。在此基础上,提出了回收锂离子电池石墨负极的挑战和未来前景,指出负极的回收应从绿色化学的理念出发,设计低能耗、环境友好的回收路线。

关键词：锂离子电池负极石墨再生再利用