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电子导电水凝胶电极在柔性储能系统中的应用研究进展

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高分子学报 2024年第3期55卷 255-274页

作者：章炜夏欢陈鹏宇曹昕张涵凝谢谦易承杰徐刚东南大学材料科学与工程学院南京211102

电子导电水凝胶是一类将导电材料与水凝胶基体结合的新型水凝胶,具有高导电性、优异的柔韧性以及结构易于调控等优势,在柔性超级电容器和电池等领域表现出广阔的应用前景.迄今为止,各种电子导电水凝胶电极已经被开发出来,用于制备具有... 详细信息

电子导电水凝胶是一类将导电材料与水凝胶基体结合的新型水凝胶,具有高导电性、优异的柔韧性以及结构易于调控等优势,在柔性超级电容器和电池等领域表现出广阔的应用前景.迄今为止,各种电子导电水凝胶电极已经被开发出来,用于制备具有优异机械和电化学性能的柔性储能设备.本文回顾了近年来柔性超级电容器及电池中电子导电水凝胶电极的研究进展,讨论了提高导电水凝胶电极在柔性储能应用中的关键因素,系统地总结了基于导电聚合物水凝胶、石墨烯水凝胶及复合水凝胶电极的柔性超级电容器及基于硅基水凝胶和过渡金属氧化物水凝胶电极的柔性锂离子电池.最后,探讨了在该领域中导电水凝胶电极面临的挑战和机遇.

关键词：导电水凝胶柔性电极超级电容器锂离子电池

原位硒化法制备NiSe/Mo_(15)Se^(19)电极材料及其在超级电容器中的应用

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硅酸盐学报 2024年第1期52卷 65-74页

作者：郑佳红白昕长安大学材料科学与工程学院西安710021

开发高性能、高效的电极材料对提高混合超级电容器的能量密度具有重要意义。以泡沫镍为基底,制备了Ni Se/Mo_(15)Se^(19)复合材料,系统地研究了不同镍钼摩尔比例对其电化学性能的影响。当n(Ni):n(Mo)=2:1 (摩比)时,Ni Se/Mo_(15)Se^(19... 详细信息

开发高性能、高效的电极材料对提高混合超级电容器的能量密度具有重要意义。以泡沫镍为基底,制备了Ni Se/Mo_(15)Se^(19)复合材料,系统地研究了不同镍钼摩尔比例对其电化学性能的影响。当n(Ni):n(Mo)=2:1 (摩比)时,Ni Se/Mo_(15)Se^(19)复合材料的电化学性能最优,在1A/g电流密度下,样品比电容为940.9 F/g。此外,该电极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性。由Ni Se/Mo_(15)Se^(19)和活性炭(AC)制成的Ni Se/Mo_(15)Se^(19)//AC混合型超级电容器(ASC)表现出较高的能量(46.5 W·h/kg)和功率密度(800 W/kg),表明Ni Se/Mo_(15)Se^(19)复合材料在未来储能器件研究领域具有潜在的应用价值。

关键词：过渡金属硒化物超级电容器电化学性能

亲锌聚阴离子交联聚合物薄膜与铜刻蚀协同稳定锌负极

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化学学报 2024年第4期82卷 416-425页

作者：郝再涛赵健飞李慧同李展潘朗李江长安大学材料科学与工程学院西安710061

可充电水系锌基电池具有高容量、高能量密度、低氧化还原电位、低成本、安全性好等优点,被认为是一种可替代的能源存储器件.然而,在镀锌/剥离过程中,锌金属负极不可控的枝晶生长和复杂的副反应极大地降低了库伦效率,其可逆性较差,阻碍... 详细信息

可充电水系锌基电池具有高容量、高能量密度、低氧化还原电位、低成本、安全性好等优点,被认为是一种可替代的能源存储器件.然而,在镀锌/剥离过程中,锌金属负极不可控的枝晶生长和复杂的副反应极大地降低了库伦效率,其可逆性较差,阻碍锌基电池的实际应用.在此,开发了一种简单、可控且有效的方法,首先利用电化学沉积法在锌箔上沉积了一种由聚苯乙烯磺酸钠(PSS)与氯化锌反应得到孔道丰富的聚阴离子交联聚合物薄膜(记为PZ,其中P代表PSS、Z代表ZnCl_(2)),然后再利用置换反应引入亲锌的化学惰性金属铜,得到亲锌聚阴离子交联聚合物与铜刻蚀保护层(记为PZC,其中C代表Cu).PZC@Zn具有丰富的磺酸根官能团促进[Zn(H_(2)O)_(6)]^(2+)脱溶,提高Zn^(2+)界面传输速率,排斥SO_(4)^(2−)与锌负极接触.通过重建铜刻蚀层,铜的高亲锌性促进了沉积动力学,铜的化学惰性抑制了副反应的发生.结果表明,在5 mA•cm^(−2)的高电流密度下,PZC@Zn//PZC@Zn对称电池寿命高达4055 h(比裸锌对称电池提高了31倍),累积电镀容量达到10.14 Ah•cm^(−2),Ti//PZC@Zn半电池库伦效率(CE)为98.28%,可以实现稳定且可逆的镀锌/剥离.YP-50F//PZC@Zn锌离子混合超级电容器在2 A•g^(−1)下稳定循环15000次,放电比容量高达82.35 mAh•g^(−1).α-MnO_(2)//PZC@Zn水系锌离子电池在1 A•g^(−1)下循环2000次后放电比容量高达103.57 mAh•g^(−1),CE为99.58%.这项工作为设计先进的无枝晶锌金属负极提供了一种新方法.

关键词：电化学沉积薄膜铜刻蚀脱溶无枝晶锌负极

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水系锌离子电池研究进展

硅酸盐学报 2024年第2期52卷 405-427页

作者：邓致远李明珠方国赵梁叔全中南大学材料科学与工程学院长沙410000

可充电水系锌离子电池(AZIBs)因安全性高、环境友好、低成本等优势成为规模储能装置的候选者。目前水系锌离子电池的研究仍存在诸多问题和挑战,如正极材料不稳定,负极析氢、腐蚀,电解液电化学窗口较窄等。本文围绕水系锌离子电池的正极... 详细信息

可充电水系锌离子电池(AZIBs)因安全性高、环境友好、低成本等优势成为规模储能装置的候选者。目前水系锌离子电池的研究仍存在诸多问题和挑战,如正极材料不稳定,负极析氢、腐蚀,电解液电化学窗口较窄等。本文围绕水系锌离子电池的正极材料、负极材料、电解质材料、非活性材料(包括隔膜、集流体、黏结剂)进行了全面讨论与分析。总结概括了国内外的最新研究成果,同时归纳出最新的优化策略和研究方法,提出的整体系统优化策略。此外,本文分析了当前水系锌离子电池的研究与技术化的差距,讨论了未来水系锌离子电池研究的重点方面与系统优化方法,对锌离子电池技术化研究做出展望。

关键词：水系锌离子电池正极材料负极材料电解质非活性物质

锂离子电池三元正极核-壳结构的电化学-力学模拟

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高等学校化学学报 2024年第9期45卷 112-121页

作者：苟蕾杨哲祺余金花樊小勇李东林李辉长安大学材料科学与工程学院西安710061

利用有限元模拟技术构建了电化学-力学耦合的三维多物理场锂离子电池模型,进而获得了核-壳正极在放电过程中Li+浓度、应变和应力的分布与演变情况,并研究了放电结束时不同放电倍率、壳厚度和核粒径对应变和应力的影响.结果表明,颗粒中... 详细信息

利用有限元模拟技术构建了电化学-力学耦合的三维多物理场锂离子电池模型,进而获得了核-壳正极在放电过程中Li+浓度、应变和应力的分布与演变情况,并研究了放电结束时不同放电倍率、壳厚度和核粒径对应变和应力的影响.结果表明,颗粒中心及核-壳界面处的应力在放电初期迅速达到最大值,然后随着Li+扩散过程的进行,应力逐渐减小.另外,黏结剂和相邻颗粒对电极应力分布有显著影响.减小放电速率和核粒径以及增加壳厚度能够降低电极中的应力.研究结果可为核-壳正极结构的设计与优化以及锂离子电池放电策略提供参考.

关键词：锂离子电池核-壳结构有限元电化学扩散应力

超声波焊接能量对铜/铝导线接头结合性能的影响

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焊接学报 2024年第4期45卷 65-70,I0006,I0007页

作者：成先明杨可邵壮王健黄思蜀张鑫河海大学机电工程学院常州213200 河海大学材料科学与工程学院常州213200

以BVR2.5铜线和BLV6铝线为研究对象,采用超声波焊接连接铜/铝异种金属导线,利用SEM,EDS,XRD和万能拉伸试验机分析超声波焊接能量对铜/铝导线焊接接头结合性能的影响.结果表明,超声波焊接可以实现铜/铝异种金属导线的有效连接.随着焊接... 详细信息

以BVR2.5铜线和BLV6铝线为研究对象,采用超声波焊接连接铜/铝异种金属导线,利用SEM,EDS,XRD和万能拉伸试验机分析超声波焊接能量对铜/铝导线焊接接头结合性能的影响.结果表明,超声波焊接可以实现铜/铝异种金属导线的有效连接.随着焊接能量增加,铜/铝界面原子相互扩散距离增加,但未形成中间相,接头抗拉力先升高后降低.当焊接能量较低时,接头抗拉强度取决于铜/铝导线冶金结合面积;当焊接能量超过300 J时,接头抗拉强度取决于铝侧有效承载面积;当焊接能量为300 J时,接头获得峰值拉伸载荷(409.8 N±8.9 N),拉伸时在铝侧断裂,断口为韧性断裂,接头性能较好.

关键词：超声波焊接焊接能量铜/铝导线结合性能

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复杂管道浓差腐蚀机制深入分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第5期45卷 1024-1032页

作者：刘斌刘英伟王艳秋新疆大学材料科学与工程学院新疆乌鲁木齐830046 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150001

在关于管道的流动加速腐蚀研究中,浓差腐蚀这一机制一直被忽视,这是因为这种腐蚀的出现需要一定的条件,即流体中的氧的分布存在较大的差异。为了揭示这种机制的腐蚀过程,本文以复杂形状管道为例,采用数值模拟技术建立了关于浓差腐蚀的... 详细信息

在关于管道的流动加速腐蚀研究中,浓差腐蚀这一机制一直被忽视,这是因为这种腐蚀的出现需要一定的条件,即流体中的氧的分布存在较大的差异。为了揭示这种机制的腐蚀过程,本文以复杂形状管道为例,采用数值模拟技术建立了关于浓差腐蚀的数学模型。将管道壁面附近的流体粘性底层作为研究对象,对其进行离散化处理,然后根据基尔霍夫第二定律建立了关于极化后的腐蚀电流的离散方程组,并对其进行求解,得到了浓差腐蚀条件下,离子导电层的电流分布。结果表明:浓差腐蚀会引起腐蚀电流的极大的改变,使管路各部位的腐蚀情况有所改变,如果不考虑浓差腐蚀,对管路的腐蚀情况会产生错误判断。

关键词：腐蚀浓差腐蚀腐蚀机制阳极极化阴极极化氧分布管道流体流动加速腐蚀

基于负载在碳基底上的钌纳米颗粒的类过氧化物酶活性比色检测抗氧化剂

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分析化学 2024年第1期52卷 45-62页

作者：何茹雪徐鹏刘芳宁倪朋娟逯一中济南大学材料科学与工程学院

采用湿化学-热解法制备了具有不同晶格应变效应、负载在氮改性碳纳米片上的钌纳米颗粒（RuNPs/NC）。氮掺杂有助于RuNPs在载体上均匀分布及晶格压缩，通过控制热解温度，可有效调节氮的掺杂量、类型及RuNPs的晶格应变程度，从而调控其... 详细信息

采用湿化学-热解法制备了具有不同晶格应变效应、负载在氮改性碳纳米片上的钌纳米颗粒（RuNPs/NC）。氮掺杂有助于RuNPs在载体上均匀分布及晶格压缩，通过控制热解温度，可有效调节氮的掺杂量、类型及RuNPs的晶格应变程度，从而调控其类过氧化物酶活性。热解温度在900℃下制备的RuNPs/NC-900具有最优的类过氧化物酶活性，在过氧化氢（H2O2）存在下可催化氧化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）生成蓝色产物。稳态动力学分析结果表明，RuNPs/NC-900催化H2O2-TMB的反应遵循Michaelis-Menten动力学模型。基于抗氧化剂单宁酸（TA）、没食子酸（GA）和抗坏血酸（AA）可抑制RuNPs/NC-900催化TMB的显色反应，进而导致体系颜色变浅及吸光度降低的原理，实现了对TA、GA和AA的灵敏、准确检测，检出限分别为0.014、0.014和0.29μmol/L(3σ/S)。本研究发展了一种基于RuNPs/NC纳米酶的比色传感方法，为食品中抗氧化剂的灵敏检测提供了新的思路。

关键词：纳米酶晶格应变抗氧化剂比色分析

来源：博看期刊

聚丙烯酰胺/羧甲基壳聚糖/羟基化氮化硼复合水凝胶的制备以及导热传感性能

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功能高分子学报 2024年第2期37卷 130-137页

作者：刘浩辰柯桂嫔黄蓓曹峥成骏峰陶国良刘春林常州大学材料科学与工程学院材料科学与工程国家级实验教学示范中心江苏常州213164 常州大学怀德学院江苏靖江214500

利用丙烯酰胺(AM)和羧甲基壳聚糖(CMCS)构建双网络结构,采用浸泡六水合三氯化铁(FeCl_(3)·6H_(2)O)溶液的策略,并引入羟基化氮化硼(OH-BNNS),通过两步法制备出复合水凝胶(PAM/CMCS-Fe^(3+)/OH-BNNS)。通过扫描电子显微镜和傅里叶变换... 详细信息

利用丙烯酰胺(AM)和羧甲基壳聚糖(CMCS)构建双网络结构,采用浸泡六水合三氯化铁(FeCl_(3)·6H_(2)O)溶液的策略,并引入羟基化氮化硼(OH-BNNS),通过两步法制备出复合水凝胶(PAM/CMCS-Fe^(3+)/OH-BNNS)。通过扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪对水凝胶进行了结构表征,并通过电子万能材料试验机对其进行了力学性能以及自回复性能的测试,最后还通过导热系数测试仪以及热红外成像仪对其导热性能进行了测试。研究表明,该水凝胶具有超柔韧性、良好的导热性、吸水性、优异的机械强度和自回复性能。OH-BNNS的引入使复合水凝胶在力学和热响应中都表现出明显的增强,其导热系数最大能达到0.514 W/(m·℃)。

关键词：羧甲基壳聚糖羟基化氮化硼聚丙烯酰胺热响应机械增强