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锂离子电池硅合金负极材料的研究进展

稀有金属 2024年第6期48卷 843-857页

作者：曹瑞王帅吴沁宇马子洋马扬洲宋广生安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243000

锂离子电池(LIBs)作为一种二次可充电电池,由于其平均输出电压高、能量密度大、自放电性低以及无记忆效应等优势而被广泛应用于3C电子产品、商业储能电站以及新能源动力交通工具等领域。目前LIBs中的石墨负极材料已经被开发接近其理论... 详细信息

锂离子电池(LIBs)作为一种二次可充电电池,由于其平均输出电压高、能量密度大、自放电性低以及无记忆效应等优势而被广泛应用于3C电子产品、商业储能电站以及新能源动力交通工具等领域。目前LIBs中的石墨负极材料已经被开发接近其理论比容量极限(372 mAh·g^(-1)),亟需寻找高容量负极材料。半导体硅(Si)材料由于极高的比容量、合适的脱/嵌锂电位以及丰富的储量等众多优势被认为是当下最有潜力的负极材料之一。但硅负极材料也面临较大的体积膨胀、导电性差等诸多挑战,阻碍了其进一步商业化应用。针对Si负极存在的问题,Si合金负极是通过引入合金化元素来改善Si的导电性并作为缓冲相来抑制Si的体积膨胀,从而实现Si合金负极电化学性能的提升。根据组元数目将Si合金分为二元、三元以及多元体系,综述了其作为LIBs负极方面的研究进展,着重分析Si合金化策略对于电化学性能的影响以及机制研究,总结并展望Si合金负极新材料及未来改性技术,期待加快高能密度锂离子电池Si合金负极的商业化应用。

关键词：锂离子电池(LIBs) Si负极合金化元素电化学性能

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基于含避障角人工势场法的机器人路径规划

农业机械学报 2024年第1期55卷 409-418页

作者：万俊孙薇葛敏王克鸿章晓勇南京理工大学材料科学与工程学院南京210094 江苏理工学院汽车与交通工程学院常州213001

针对基于距离的人工势场法(Artificial potential field, APF)存在的局部极小值问题,提出了一种含避障角的人工势场法的避障路径规划方法。在平面环境中,采用斜率判定路径规划过程中的位置关系,通过机器人当前点到障碍物的距离与障碍物... 详细信息

针对基于距离的人工势场法(Artificial potential field, APF)存在的局部极小值问题,提出了一种含避障角的人工势场法的避障路径规划方法。在平面环境中,采用斜率判定路径规划过程中的位置关系,通过机器人当前点到障碍物的距离与障碍物的影响半径二者之差得出人工势场法中的排斥力,并对排斥力的偏转角进行调整;另外,在空间环境中利用圆弧插补理论将机器人平面避障问题转换为空间避障问题;基于机器人构型配置对改进人工势场法进一步完善以满足实际避障要求。仿真和实验研究结果表明,含避障角的人工势场法,在单个或多个障碍物环境中进行避障路径规划时解决了局部极小值的问题,同时实现了6自由度机器人末端在避障时的轨迹曲线平滑无振荡,验证了所提出避障路径规划方法的可行性。

关键词： 6自由度机器人人工势场法避障角避障偏转角度圆弧插补

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高钒半高速钢合金熔覆层回火态显微组织和性能

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 636-642页

作者：孙行陈伟罗昌刘常升东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819 宝钢轧辊科技有限责任公司江苏常州213003

为了满足对轧辊表面快速修复的需求,采用激光熔覆技术,将自主设计并制备的高钒半高速钢合金粉末熔覆到轧辊合金钢表面,考虑到锻钢轧辊和激光熔覆层组织之间的差异性,为了稳定组织,对熔覆层进行回火处理,回火温度为500℃并保温2 h.结果表... 详细信息

为了满足对轧辊表面快速修复的需求,采用激光熔覆技术,将自主设计并制备的高钒半高速钢合金粉末熔覆到轧辊合金钢表面,考虑到锻钢轧辊和激光熔覆层组织之间的差异性,为了稳定组织,对熔覆层进行回火处理,回火温度为500℃并保温2 h.结果表明,熔覆层的相组成主要是马氏体;其表面主要是细小等轴晶,晶内马氏体呈针状平行分布,回火后分解为铁素体和碳化物;其横截面的平均硬度为663.4 HV,是基体硬度的1.8倍;熔覆层平均摩擦系数为0.708,磨损率为6.142×10^(-6)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1),磨损性能较基体提高25倍,磨损形貌较好,与磨损量结果保持一致.

关键词：激光熔覆回火半高速钢显微组织磨损性能

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纳米纤维素的点击反应改性及应用研究进展

材料导报 2024年第17期38卷 284-293页

作者：龙娟李宇展李志强钟土华国际竹藤中心北京100102 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

纳米纤维素是从植物细胞壁中提取的一种直径小于100 nm的棒状、须状或纤丝状纤维素,具有密度低、可再生、可降解和生物相容性等特性,同时具有模量高、热膨胀系数低等优点。纳米纤维素表面化学性质单一,含有大量羟基,具有强亲水性质,限... 详细信息

纳米纤维素是从植物细胞壁中提取的一种直径小于100 nm的棒状、须状或纤丝状纤维素,具有密度低、可再生、可降解和生物相容性等特性,同时具有模量高、热膨胀系数低等优点。纳米纤维素表面化学性质单一,含有大量羟基,具有强亲水性质,限制了其应用范围。纤维素表面大量活泼的羟基为进行化学改性提供了各种可能性。通过对纳米纤维素进行表面化学修饰或功能化以拓展其应用领域。点击化学具有高度选择性、模块化、产率高、反应迅速等优点,反应条件相对简单,对水、氧气都不敏感。近年来,点击化学越来越多地被用于纳米纤维素的化学改性和功能化。本文主要综述了点击化学中叠氮-炔基和硫醇-烯烃两类反应用于纳米纤维素改性的研究进展,简单概述了点击反应改性的纳米纤维素在复合材料、水凝胶和气凝胶等方面的应用,最后总结了基于点击化学策略制备、改性和应用纳米纤维素所面临的困难和挑战。

关键词：纳米纤维素点击化学叠氮-炔基点击反应硫醇-烯烃点击反应纳米材料

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金属-有机框架材料在储能领域的应用

化学进展 2024年第5期36卷 724-740页

作者：申翰林戴民李卓田宇楠李天微胡宪伟沈阳建筑大学材料科学与工程学院沈阳110168 东北大学冶金学院沈阳110819

由于大比表面积、多孔隙性、结构可调、易于改性、复合容易等特性使得金属-有机框架材料及其衍生物被研究者广泛应用于电极材料、隔膜、电催化剂等储能领域材料,但是MOFs材料在实际投入应用中仍存在许多问题。本文综述了MOFs及其衍生材... 详细信息

由于大比表面积、多孔隙性、结构可调、易于改性、复合容易等特性使得金属-有机框架材料及其衍生物被研究者广泛应用于电极材料、隔膜、电催化剂等储能领域材料,但是MOFs材料在实际投入应用中仍存在许多问题。本文综述了MOFs及其衍生材料在碱金属离子电池、金属-硫属电池、水系锌离子电池、超级电容器等储能器件中应用的最新进展,对于二次电池中常出现的枝晶生长、穿梭效应等问题提出设计解决思路。此外也总结了MOFs衍生碳材料异质结构、金属化合物结构改性的设计思路。最后对MOFs材料前驱体本征调控、衍生材料改性策略进行总结与展望。

关键词：金属有机框架材料二次电池 MOFs衍生材料改性策略

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

P2型层状氧化物正极的人工界面层构筑及储钠性能

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无机盐工业 2024年第3期56卷 39-44页

作者：刘杰石雪茹魏树兵曹鑫鑫中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

P2型Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_(2)(P2-NNMO)工作电压高、安全性好、成本低,是有潜力的钠离子电池正极材料。针对P2-NNMO正极钠不足和P2-NNMO正极与电解液的界面问题,通过化学预钠化法(P2-NNMO正极和联苯钠的自发反应),构造了一种富含... 详细信息

P2型Na_(2/3)Ni_(1/3)Mn_(2/3)O_(2)(P2-NNMO)工作电压高、安全性好、成本低,是有潜力的钠离子电池正极材料。针对P2-NNMO正极钠不足和P2-NNMO正极与电解液的界面问题,通过化学预钠化法(P2-NNMO正极和联苯钠的自发反应),构造了一种富含无机物的人工界面层,可使外源性的钠嵌入氧化物正极层间。结果表明:预钠化形成的人工界面层含有的NaF,可有效缓解正极材料被有机溶剂侵蚀及过渡金属的溶出;同时人工界面层也改善了钠离子的扩散动力学。改性后的正极(P2-NNMO@CEI)在电压为2~4 V、电流密度为20 mA/g的条件下,放电比容量为95.1 mA·h/g、首次库伦效率为88.5%;在50 mA/g下循环280次后容量保持率为84.2%。该研究为层状氧化物正极表面改性提供了一种有效方法,也为电极材料的界面设计提供了新的思路和方向。

关键词：正极电解液界面循环稳定性层状氧化物钠离子电池

柠檬酸钠对碱激发粉煤灰滤液中钢筋的阻锈机制

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 603-613页

作者：周霄骋李曼施锦杰东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程材料重点实验室南京211189

碱激发粉煤灰是一种兼具低碳与环保优势的建筑材料,具备应用于海洋等氯盐侵蚀环境的潜力。作为一种典型的羧酸盐阻锈剂,柠檬酸钠可进一步保障碱激发粉煤灰中钢筋的耐蚀性。然而,柠檬酸钠对碱激发粉煤灰体系中钢筋的阻锈机制尚未明确。... 详细信息

碱激发粉煤灰是一种兼具低碳与环保优势的建筑材料,具备应用于海洋等氯盐侵蚀环境的潜力。作为一种典型的羧酸盐阻锈剂,柠檬酸钠可进一步保障碱激发粉煤灰中钢筋的耐蚀性。然而,柠檬酸钠对碱激发粉煤灰体系中钢筋的阻锈机制尚未明确。基于此,本研究通过电化学测试、钝化膜表征技术和腐蚀形貌及产物分析方法研究了氯盐侵蚀作用下柠檬酸钠对碱激发粉煤灰滤液中钢筋腐蚀行为的影响,并揭示了其阻锈机制。结果表明:虽然柠檬酸钠会一定程度上影响碱激发粉煤灰体系中钢筋钝化膜的稳定性,但其不仅能与氯离子产生竞争吸附效应,还能在钢筋表面形成吸附膜,从而有效提高钢筋的耐氯盐侵蚀能力。

关键词：碱激发粉煤灰钢筋柠檬酸钠钝化膜阻锈机制

3d过渡金属单原子掺杂石墨烯缺陷电催化还原CO_(2)的第一性原理研究

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无机材料学报 2024年第7期39卷 845-852,I0012-I0014页

作者：靳宇翔宋二红朱永福吉林大学材料科学与工程学院长春130025 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

将CO_(2)高效转化为有价值的化学品(如CO和HCOOH等)是缓解环境问题、实现碳中和的重要措施。然而CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)有着产物多样和路径复杂的特点,再加上目前难以确定影响CO_(2)RR活性的真正因素,使得设计对特定产物有高选择性... 详细信息

将CO_(2)高效转化为有价值的化学品(如CO和HCOOH等)是缓解环境问题、实现碳中和的重要措施。然而CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)有着产物多样和路径复杂的特点,再加上目前难以确定影响CO_(2)RR活性的真正因素,使得设计对特定产物有高选择性和高活性的催化剂十分具有挑战性。本研究从第一性原理出发,系统研究了3d过渡金属单原子掺杂石墨烯单个空位(TM@CSV)和双空位(TM@CDV)电催化还原CO_(2)的潜力,具体涵盖基底的稳定性、中间产物热力学吸附以及与之竞争的析氢反应(HER)。通过对Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn掺杂石墨烯缺陷后形成的20种催化剂进行筛选,发现Sc原子掺杂石墨烯单个空位的Sc@CSV和Sc、Ti原子掺杂石墨烯双空位的Sc@CDV和Ti@CDV同时具备吸附CO_(2)分子和抑制HER的能力。其中Sc@CDV对HCOOH表现出最佳的活性和选择性,速率决定步骤的吉布斯自由能差仅为0.96 eV。最后,通过电子结构分析进一步揭示了Sc@CDV优于其他催化剂的原因是Sc@CDV调整了费米能级附近的活性电子态,从而实现对CO_(2)的高效还原。

关键词：第一性原理单原子催化剂 CO_(2)还原反应 HCOOH 碳中和