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硫掺杂Na_(3)(VOPO_(4))_(2)F正极材料的制备及储钠性能

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无机盐工业 2024年第2期56卷 30-37页

作者：周煌胡晓萍任稳曹鑫鑫中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

聚阴离子型Na_(3)(VOPO_(4))_(2)F材料具有结构稳定、安全性高及工作电压高等特性,其开放的三维框架结构可以为钠离子的快速迁移提供路径,是目前最具发展潜力的钠离子电池正极材料之一。然而,Na_(3)(VOPO_(4))_(2)F的本征电子导电性较差... 详细信息

聚阴离子型Na_(3)(VOPO_(4))_(2)F材料具有结构稳定、安全性高及工作电压高等特性,其开放的三维框架结构可以为钠离子的快速迁移提供路径,是目前最具发展潜力的钠离子电池正极材料之一。然而,Na_(3)(VOPO_(4))_(2)F的本征电子导电性较差,导致倍率性能不理想。离子掺杂是一种提升材料导电性和电化学性能的有效策略。通过水热法成功制备了S^(2-)掺杂的Na_(3)(VOPO_(4))_(2)S_(x)F材料。XRD和电化学阻抗结果表明,S^(2-)掺杂可以扩大离子扩散通道并降低电荷传输电阻;恒电流间歇滴定测试结果显示S^(2-)掺杂可以加快离子迁移速率。因此,Na_(3)(VOPO_(4))_(2)S_(x)F正极材料在钠离子半电池中表现出优异的电化学性能,在30C倍率下可逆比容量为66.8mA·h/g,在10C倍率下循环500次后容量保持率可达96%。Na_(3)(VOPO_(4))_(2)S_(x)F正极与硬碳负极组成的钠离子全电池可获得121.7mA·h/g的高比容量,在1C倍率下循环60次后,其容量衰减可以忽略不计。

关键词：氟磷酸钒氧钠离子掺杂正极材料钠离子电池

三维多孔铜及表面修饰铋协同构筑无枝晶锂金属电极

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 85-97页

作者：王帅孙雨涵高欣宋瑞赵铭钦卢垚鲍晓冰罗巧梅苟蕾樊小勇长安大学材料科学与工程学院西安710061

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解... 详细信息

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解体积变化和释放应力,抑制锂枝晶生长.Bi的亲锂性促进了界面动力学,降低了形核过电位,增强了锂沉积/剥离的可逆性.在3D多孔结构和铋修饰层的协同作用下,锂金属沉积容量>4 mA·h/cm^(2)时,电极表面仍保持平整、光滑;由其组装的半电池经过200次循环后,库仑效率(CE)可保持在98.5%以上;由其组装的对称电池在电流密度为0.5 mA/cm^(2),面容量为1 mA·h/cm^(2)时,可稳定循环1500 h以上,循环100次后电极表面仍光滑、无枝晶;以磷酸铁锂为正极组装的LFP||3D Cu@Bi@Li全电池在1.0C倍率下经过200次循环后,显示出132 mA·h/g的高容量和约87.2%的容量保持率.

关键词：锂电池锂金属电极三维多孔集流体铋修饰层无锂枝晶

燃料还原法原位制备高稳定性/催化活性SOFC钴基钙钛矿阳极

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无机材料学报 2024年第8期39卷 911-919,I0008,I0009页

作者：潘建隆马官军宋乐美郇宇魏涛济南大学材料科学与工程学院济南250022

受固体氧化物燃料电池(SOFCs)原位还原脱溶纳米金属阳极技术的启发,本工作采用煅烧后的Sr2V0.1Co0.9MoO6前驱体(包含其他相的钙钛矿)在空气气氛下与电解质共烧制备出单电池,避免了为防止阳极氧化而需在还原/惰性气氛下制备电池的苛刻条... 详细信息

受固体氧化物燃料电池(SOFCs)原位还原脱溶纳米金属阳极技术的启发,本工作采用煅烧后的Sr2V0.1Co0.9MoO6前驱体(包含其他相的钙钛矿)在空气气氛下与电解质共烧制备出单电池,避免了为防止阳极氧化而需在还原/惰性气氛下制备电池的苛刻条件。制备电解质片上的阳极前驱体仅需在燃料侧原位还原4 h,便可形成纯相Sr2V0.1Co0.9MoO6(R-SVCMO)阳极。结果表明,R-SVCMO在活化能显著降低的同时电导率由2.7 S·cm^(-1)提高至21.6 S·cm^(-1)。当R-SVCMO为阳极的单电池分别以H2和湿CH4为燃料气时,在850℃的最大功率密度(Pmax)分别达到862和514 mW·cm^(-2),显示出优秀的催化性能。还原前后阳极在100~850℃的平均热膨胀系数(TEC)分别为1.15×10^(-5)和1.23×10^(-5) K^(-1),均与传统SOFC电解质相近。因此,还原过程不会导致阳极层体积产生变化,可以显著提高电池结构稳定性(退化率仅为0.13%)。加之R-SVCMO是在燃料气氛下合成的,其作为阳极表现出极高的长期稳定性和催化活性。R-SVCMO对湿CH4的催化效率达到60%,并能够稳定运行1450 h,相应的单电池可在0.7 V稳定运行450 h。综上所述,本研究采用燃料原位还原法制备了具有优异电化学性能和结构稳定性的单电池。

关键词：固体氧化物燃料电池燃料还原制备技术高稳定性阳极甲烷燃料

真空蒸镀钨改性金刚石/铜硼复合材料导热性能

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中国有色金属学报 2024年第7期34卷 2293-2303页

作者：吴成元王熹周科朝焦增凯姚远卓吴建杰马莉魏秋平中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 中南大学材料科学与工程学院长沙410083

采用真空蒸镀法在平板金刚石衬底表面镀覆钨镀层,构建多层平板结构以研究热处理温度对金刚石表面钨界面层形貌结构、物相成分及其与金刚石基体间界面结合情况的影响,并为金刚石颗粒表面金属化改性提供实验指导。在此基础上,以相同真空... 详细信息

采用真空蒸镀法在平板金刚石衬底表面镀覆钨镀层,构建多层平板结构以研究热处理温度对金刚石表面钨界面层形貌结构、物相成分及其与金刚石基体间界面结合情况的影响,并为金刚石颗粒表面金属化改性提供实验指导。在此基础上,以相同真空蒸镀和热处理工艺制备的钨改性金刚石颗粒作为增强体,以铜硼合金作为基体,采用气体压力浸渗法制备相应的金刚石/铜硼复合材料,探究金刚石颗粒的热处理温度对复合材料导热性能的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,复合材料热导率呈现先上升后下降的趋势,当热处理温度为1000℃时,复合材料界面结合明显改善,同时金刚石表面钨镀层依旧连续完整,此时,复合材料的热导率最高可达629 W/(m∙K)。

关键词：真空蒸镀界面改性钨镀层热导率金刚石/铜基复合材料

Al−Cu−Li−Mg合金纳米相之间溶质配分行为的第一性原理研究

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第6期34卷 1734-1744页

作者：刘正卿江勇王怡人姚建刚中南大学材料科学与工程学院长沙410083 烟台南山学院材料科学与工程学院烟台265713 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

采用一性原理计算考察25种合金化元素在大多数商业牌号Al−Cu−Li−Mg合金中主要纳米相(δʹ-Al3Li、θʹ-Al2Cu、T1-Al6Cu4Li3和S-Al2CuMg)之间的溶质配分能和配分行为。计算结果表明,主合金化元素Li不能直接影响θʹ和S相,Cu不能直接影响δʹ... 详细信息

采用一性原理计算考察25种合金化元素在大多数商业牌号Al−Cu−Li−Mg合金中主要纳米相(δʹ-Al3Li、θʹ-Al2Cu、T1-Al6Cu4Li3和S-Al2CuMg)之间的溶质配分能和配分行为。计算结果表明,主合金化元素Li不能直接影响θʹ和S相,Cu不能直接影响δʹ相,Mg不能直接影响θʹ和δʹ相,但可以较弱地固溶于T1相。对于微合金化元素,Si是唯一一种可以固溶于4种纳米相的元素。Au能固溶于δʹ、θʹ和S相,Cd能固溶于δʹ、T1和S相,Zr能固溶于δʹ和T1相,Ni仅有微弱的趋势固溶于θʹ和S相。Ti、V、Zn、Ag和Mo只能固溶于δʹ相,而Cr、Mn、Fe和Co对这4种纳米相均没有直接影响。几乎所有的稀土元素均能强烈固溶于T1、δʹ和S相,但无法固溶于θʹ相。仅Sc略显特殊,对S相没有明显的固溶趋势。计算预测的溶质配分能构成了一个原型数据库,有利于指导和加速Al−Li合金及其他相关Al合金的设计。

关键词： Al−Cu−Li−Mg合金纳米相微合金化溶质配分第一性原理

应变速率对7065铝合金等温压缩软化机制的影响

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材料导报 2024年第8期38卷 207-212页

作者：赵言唐建国张勇郑许赵辉中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室长沙410083 广西南南铝加工有限公司铝合金材料与加工重点实验室南宁530031

采用等温压缩实验并结合电子背散射衍射手段,研究了应变速率对7065铝合金热变形行为的影响规律。结果表明,随着应变速率由0.001 s^(-1)增加到30 s^(-1),合金的动态再结晶面积分数先显著减少,在1 s^(-1)时达到较低水平,而后变化幅度小于1... 详细信息

采用等温压缩实验并结合电子背散射衍射手段,研究了应变速率对7065铝合金热变形行为的影响规律。结果表明,随着应变速率由0.001 s^(-1)增加到30 s^(-1),合金的动态再结晶面积分数先显著减少,在1 s^(-1)时达到较低水平,而后变化幅度小于10%,当应变速率大于1 s^(-1)时,合金的亚结构面积分数显著增加。低应变速率阶段(0.001~1 s^(-1))的软化机制为动态再结晶(DRX)机制和动态回复(DRV)机制,而高应变速率阶段(1~30 s^(-1))的软化机制为DRV机制。随着应变速率的增加,等温压缩变形后合金的形变储能逐渐增加。

关键词： Al-Zn-Mg-Cu合金等温压缩热变形本构方程动态再结晶(DRX) 动态回复(DRV)

Ni含量对Cu-xNi-35Fe/8Gr耐磨材料性能影响的研究

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有色金属科学与工程 2024年

作者：康智杰王日初彭超群蔡志勇彭健中南大学材料科学与工程学院

本文研究Ni含量对铜基石墨复合材料（Cu-xNi-35Fe/8Gr）组织、力学性能与摩擦磨损性能的影响。添加质量分数为0～ 25%的Ni时， Cu-Ni-35Fe/8Gr的微观组织均匀。当Ni含量从0增至15%时，硬度从59 HB提升到70 HB，抗拉强度从81 MPa提升至10... 详细信息

本文研究Ni含量对铜基石墨复合材料（Cu-xNi-35Fe/8Gr）组织、力学性能与摩擦磨损性能的影响。添加质量分数为0～ 25%的Ni时， Cu-Ni-35Fe/8Gr的微观组织均匀。当Ni含量从0增至15%时，硬度从59 HB提升到70 HB，抗拉强度从81 MPa提升至101 MPa，抗弯强度从161 MPa提升至220 MPa。Ni的添加也提升了材料的摩擦磨损性能，干摩擦系数降低10%为0.18，磨损率从16 mg/h降低至7 mg/h。说明添加适量的Ni可提升材料的综合力学性能，降低摩擦系数，形成平整且稳定的摩擦表面，减缓黏着磨损，从而提升Cu-Ni-35Fe/8Gr材料的综合性能。

关键词：铜基石墨复合材料自润滑材料摩擦性能抗弯强度抗拉强度

乙腈-水系混合电解液对Zn-Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)电池电化学稳定性的影响

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1848-1860页

作者：欧林娜刘哲轩曹鑫鑫梁叔全中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中南大学电子封装及先进功能材料湖南省重点实验室长沙410083

Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)正极材料具有稳定的三维框架结构、较高的工作电压和相对成熟的制备工艺,近年来也逐渐用于水系锌离子电池中。然而,二价Zn^(2+)的脱嵌和活泼的水系反应环境会加速磷酸盐晶格的破坏。本文在Zn-Na_(3)V_(2)(PO_(4)... 详细信息

Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)正极材料具有稳定的三维框架结构、较高的工作电压和相对成熟的制备工艺,近年来也逐渐用于水系锌离子电池中。然而,二价Zn^(2+)的脱嵌和活泼的水系反应环境会加速磷酸盐晶格的破坏。本文在Zn-Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)电池体系的水系电解液中加入适量的乙腈(AN),研究电解液中AN与水的比例对离子溶剂化结构和电化学行为的影响规律,并通过非原位XRD探究Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)晶体结构的演变。结果表明:过少的AN会加快正极材料晶格框架的破坏,而过多的AN会减缓电极反应动力学;在含有适量AN的电解液中,Zn-Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)电池不但在50 mA/g的电流密度下具有91.4 mA·h/g的较高比容量,同时在500 mA/g的电流密度下可以稳定循环1000次且无明显容量衰退。

关键词： Zn-Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)电池乙腈有机-无机混合电解液电化学稳定性离子可逆脱嵌

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铜基偏晶合金的研究现状

中国有色金属学报 2024年第1期34卷 25-49页

作者：赵小军姜玉祥翟鹏远李峰诚李艳苗蔡圳阳钟琦孙洋洋肖来荣刘赛男中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室长沙410083 中国兵器工业新技术推广研究所北京100089 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

铜基偏晶合金(Cu-Co、Cu-Fe、Cu-Cr等)具有优异的电、磁、力学等特性,受到国内外材料科学领域学者的广泛关注。在制备过程中,铜基偏晶合金由于发生液相分离行为并形成严重的偏析组织现象,被称为不混溶合金。过去的研究主要集中于寻求使... 详细信息

铜基偏晶合金(Cu-Co、Cu-Fe、Cu-Cr等)具有优异的电、磁、力学等特性,受到国内外材料科学领域学者的广泛关注。在制备过程中,铜基偏晶合金由于发生液相分离行为并形成严重的偏析组织现象,被称为不混溶合金。过去的研究主要集中于寻求使铜基偏晶合金组织均匀的制备方法,然而近期研究表明,偏析组织异质结构的强度-韧性协同作用有利于提高材料的韧性,这为铜基偏晶合金的进一步发展提供了新思路。本文综述了目前国内外对铜基偏晶合金的液相分离和偏析组织形成机理的理论研究成果(包括液相分离组织结构演变、液相分离热力学以及第二相液滴形核生长动力学研究),归纳了目前主流的改善偏析组织方法(包括微合金化法、快速凝固法和激光成形法),阐述了铜基偏晶合金因液相分离特性产生的双相复合微观组织结构的强度-韧性协同作用,最后对铜基偏晶合金未来的研究发展方向进行了展望。

关键词：铜合金偏晶合金液相分离偏析组织强度-韧性协同作用