1 长安大学土地工程学院，西安 710064
2 长安大学地球科学与资源学院，西安 710054
3 中国科学院青海盐湖研究所，西宁 810008
锌电极中的副反应和枝晶生长等问题制约其在储能领域的应用。对此，采用电泳沉积法在锌电极表面包覆凹凸棒石涂层的策略，成功制备出高性能的锌-凹凸棒石(Zn-ATP)复合电极。研究发现，凹凸棒石棒晶堆叠组成孔道丰富的功能性涂层，且涂层具有高力学强度，其组装的Zn/Zn-ATP对称电池和Zn-ATP/二氧化锰全电池具有良好的充放电循环性能。在涂层作用下，电极的析氢副反应受到明显抑制，同时，Zn沉积形成的板晶平整排列在电极表面，从而有效降低了枝晶刺穿电池隔膜的可能性。
凹凸棒石 复合电极 锌离子电池 电泳沉积 电化学性能 attapulgite composite electrode zinc ion battery electrophoretic deposition electrochemical performance
富锂锰基正极材料由于具有较高的理论比容量，被认为是下一代锂电池最有前途的正极材料之一。但在循环过程中存在比容量低、倍率性能差、衰减速度快等问题。基于此，本文采用水热法制备了多晶型MnO2材料，并利用湿化学研磨法结合热处理工艺对商业富锂锰基正极材料进行了表面包覆改性。通过循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗谱对所得材料进行电化学性能测试，并通过包覆前后材料电化学性能的变化研究了多晶型MnO2对富锂锰基正极材料电化学性能的影响。结果表明，β-MnO2的电化学性能最佳，其初始比容量在0.1 C下达到292.2 mAh·g-1，在0.1~5.0 C的倍率下容量保持率为56.3%，在1 C下循环50次后容量保持率为81.6%。通过EIS测试得出β-MnO2的包覆改善了原样品电化学反应过程中的电化学动力学。
多晶型MnO2 形貌调控 表面包覆 富锂锰基正极材料 电化学性能 锂离子电池 polymorphic MnO2 morphology control surface coating lithium-rich manganese-based cathode material electrochemical performance lithium-ion battery
1 太原理工大学材料科学与工程学院，太原 030024
2 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司，吕梁 033603
3 天津大学化工学院，天津 300350
高表面积介孔SiO2纳米球(KCC-1)具有纤维状以及独特的孔道结构，这使其拥有较高的比表面积和更多的暴露活性位点，KCC-1能够在表面有效地分散和稳定活性组分，作为载体负载活性组分时表现出优异的性能。本研究以含有大量N原子的三聚氰胺为碳前驱体，通过两步热解法制备得到氮掺杂的多孔碳材料，同时利用KCC-1具有纤维状这一特殊结构，将活性组分分散并限域在其表面，探索KCC-1含量对多孔碳材料结构与电化学性能的影响。研究表明，随着KCC-1含量的增加，材料的比电容整体呈先升高后降低的趋势。当加入KCC-1的质量分数为6%时，材料的比电容最高，为35.88 F·g-1(1 A·g-1电流密度下)，与未加入KCC-1的原材料相比提升了约588.7%，且经过换算后同等质量下活性组分的比电容最高能达到190.53 F·g-1。因此，本研究证明了KCC-1的限域效应能够有效提高活性组分的电化学性能及利用率，为将其应用在超级电容器中提供了一定的参考。
纤维状结构 两步热解法 多孔碳材料 限域 电化学性能 KCC-1 KCC-1 fibrous structure two-step pyrolysis porous carbon material confine electrochemical performance
太原科技大学材料科学与工程学院，太原 030024
过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料，具有理论比容量高、化学稳定性好以及来源丰富等优点。然而，其固有的导电性差、利用率低以及循环稳定性差等缺点很大程度上阻碍了其实际应用。金属氧化物中的氧空位能够有效调节其电子性能，降低能带隙，显著提高其电导率，改善电化学倍率性能。此外，氧空位可以诱导金属的低氧化状态，促进表面氧化还原反应的进行，产生更多的活性位点，提高其电化学储存能力。本文总结了氧空位的制备方法和表征技术，并分别从单金属氧化物、双金属氧化物、杂原子掺杂金属氧化物的角度进行分类描述，综述了近年来具有氧空位的金属氧化物在超级电容器中的应用进展。
氧空位 金属氧化物 超级电容器 电化学性能 oxygen vacancy transition metal oxides supercapacitor electrochemical performance
中国矿业大学材料与物理学院，江苏 徐州 221116
双层钙钛矿结构氧化物具有优异的离子电子电导率，作为固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料被广泛研究。以PrBaCo2O5+δ作为母体材料，采用Ca离子在Pr位和Ba位进行掺杂，采用溶胶凝胶法制备出了Pr0.9Ca0.1Ba1-xCaxCo2O5+δ(0≤x≤0.3，PCBC)阴极材料。电导率测试结果表明：Ca离子共掺杂能够有效改善材料的电导率。电化学性能测试结果表明：x=0.2的阴极具有最佳的氧催化活性，700 ℃时极化阻抗仅为0.069 ?偸cm2。在理论研究中，通过GGA-PBE泛函分别计算了PrBaCo2O5+δ、Pr0.75Ca0.25BaCo2O5+δ与Pr0.75Ca0.25Ba0.75Ca0.25Co2O5+δ的氧空位形成能、态密度及O s和O p的能带中心。研究发现，Pr位掺Ca能减小氧空位形成能，Ba位掺杂Ca反而会增大氧空位形成能。O p带中心的计算结果表明：Ba位掺Ca的策略有效增加了材料的氧还原活性。双钙钛矿A位钙离子的共掺杂策略能够有效改善样品的热膨胀、高温电导率和电化学性能，提高材料的长期稳定性。
固体氧化物燃料电池 双钙钛矿 阴极 密度泛函理论 电化学性能 solid oxide fuel cell double perovskite cathode density function theory calculation electrochemical performance
超级电容器具有容量大、功率密度高、循环寿命长的优点，在新能源存储和电动汽车等领域具有广泛的应用前景，而电极材料是提高超级电容器性能的关键。以ZIF-67为模板，通过简便的低温水热反应法以及热处理硒化法，制备了NiCoMnSe电极材料，并通过往ZIF-67模板中添加碳纳米管(CNT)或者氧化石墨烯(GO)来达到最佳的电化学性能。结果表明：最佳的NiCoMnSe/CNT电极在1 A/g下的比电容为624.0 F/g，在10 A/g时的倍率性能为90.1%。15 A/g下循环1 000次的容量保持率为88%。这种优异的电容性能归功于CNT的存在在NiCoMnSe周围引入了额外的介孔，加强了电解质与活性材料之间的接触。由于超级电容器的非对称性，NiCoMnSe/CNT//活性炭器件在800 W/kg的功率密度下表现出较高的能量密度(43.3 W?偸h/kg)，并具有良好的容量保持率(1 000次循环后保持91.4%)。
金属有机骨架 碳纳米管 过渡金属硒化物 超级电容器 电化学性能 metal-organic frameworks carbon nanotubes transition metal selenide supercapacitor electrochemical performance
1 湖北汽车工业学院材料科学与工程学院, 十堰 442002
2 储能与动力电池湖北省重点实验室, 十堰 442002
以钼硫摩尔比为1:15的钼酸钠和硫脲为原料, 采用高温固相法结合球磨的方法制备二硫化钼(MoS2)纳米片并用于超级电容器。利用热重-差示扫描量热、X射线衍射和扫描电子显微镜对样品的热稳定性、物相及微观形貌进行表征, 并采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)等技术测试样品的电化学性能。结果表明: 经过750 ℃烧结并于700 r·min-1转速下球磨10 h所制的MoS2层数为88层; 在充放电电流密度为0.5和1 A·g-1条件下, 该样品比电容分别为82.4和60.9 F·g-1(优于球磨前的54.6和24.0 F·g-1), 经过2 000次充放电循环, 比电容保持率达92.4%。
二硫化钼 高温固相法 超级电容器 电化学性能 比电容 球磨 molybdenum disulfide high-temperature solid-phase method supercapacitor electrochemical performance specific capacitance ball milling
Author Affiliations
Abstract
1 School of Environmental and Chemical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China
2 Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed), Department of Chemistry and Food Chemistry, Technische Universität Dresden, Dresden 01062, Germany
3 Department of Chemical Engineering, Hebei Petroleum University of Technology, Chengde 067000, China
4 Institute for Carbon Neutralization, College of Chemistry and Materials Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
5 College of Science/Key Laboratory of Ecophysics and Department of Physics, Shihezi University, Shihezi 832003, China
Potassium-ion batteries (PIBs) have been considered as promising candidates in the post-lithium-ion battery era. Till now, a large number of materials have been used as electrode materials for PIBs, among which vanadium oxides exhibit great potentiality. Vanadium oxides can provide multiple electron transfers during electrochemical reactions because vanadium possesses a variety of oxidation states. Meanwhile, their relatively low cost and superior material, structural, and physicochemical properties endow them with strong competitiveness. Although some inspiring research results have been achieved, many issues and challenges remain to be further addressed. Herein, we systematically summarize the research progress of vanadium oxides for PIBs. Then, feasible improvement strategies for the material properties and electrochemical performance are introduced. Finally, the existing challenges and perspectives are discussed with a view to promoting the development of vanadium oxides and accelerating their practical applications.Potassium-ion batteries (PIBs) have been considered as promising candidates in the post-lithium-ion battery era. Till now, a large number of materials have been used as electrode materials for PIBs, among which vanadium oxides exhibit great potentiality. Vanadium oxides can provide multiple electron transfers during electrochemical reactions because vanadium possesses a variety of oxidation states. Meanwhile, their relatively low cost and superior material, structural, and physicochemical properties endow them with strong competitiveness. Although some inspiring research results have been achieved, many issues and challenges remain to be further addressed. Herein, we systematically summarize the research progress of vanadium oxides for PIBs. Then, feasible improvement strategies for the material properties and electrochemical performance are introduced. Finally, the existing challenges and perspectives are discussed with a view to promoting the development of vanadium oxides and accelerating their practical applications.
potassium-ion batteries vanadium oxides electrode materials electrochemical performance improvement strategies Journal of Semiconductors
2023, 44(4): 041701
1 长春理工大学物理学院, 长春 130022
2 中国矿业大学材料与物理学院, 江苏 徐州 221116
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的能量转化装置。SOFC具有高效、产物清洁污染小和噪声低等优点, 因此成为近年来国内外研究的热点。混合电子-离子导体的钙钛矿型SOFC电极材料被广泛研究。采用固相法在空气中合成了具有正交钙钛矿结构的PrFe0.7Ni0.3O3-δ(PFN)。结果表明: PFN在800 ℃时, 在空气和H2条件下最大电导率分别为46.500 S/cm和0.007 S/cm, 在空气气氛条件下的界面极化阻抗为0.08 Ω?偸cm2, 在H2气氛条件下阻抗为0.24 Ω?偸cm2, 在乙醇气氛条件下的阻抗为1.52 Ω?偸cm2; PFN/La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)/PFN对称电池在800 ℃时, 氢气气氛条件下的最大功率密度为475 mW/cm2, 以乙醇为燃料时最大功率密度为180 mW/cm2。这表明, Ni掺杂PrFeO3的样品作为电极材料性能优异, 是一种有前景的SOFC电极材料。
固体氧化物燃料电池 钙钛矿 电极材料 电化学性能 solid oxide fuel cell perovskite electrode electrochemical performance
超级电容器作为一种新型储能器件, 凭借其高功率密度和超长的使用寿命等优点, 已被实际应用于多个领域。在超级电容器组成部件中, 电极材料对器件性能优劣起着关键作用, 因此制备电化学性能优异的电极材料具有重要意义。采用乙酸镍、乙酸钴为原料, 还原型谷胱甘肽(GSH)为形貌控制剂和硫源, 通过水热法制备NiCo2S4电极材料, 并研究了水热反应时间对NiCo2S4微观结构、形貌、电化学性能的影响。结果表明: 在GSH作用下制备的NiCo2S4材料呈现“蛋黄-蛋壳”结构; 当电流密度为0.5 A/g时, 比电容为1 552.7 F/g; 在电流密度为10 A/g条件下可以保持61.3%的比电容; 经过2 000次循环后, NiCo2S4电极材料的比电容保持率可以维持在79.3%。分别以NiCo2S4与活性炭为正负极组装一个混合型超级电容器, 在功率密度为800 W/kg时可以提供33.9 W·h/kg能量密度, 在2 000次充放电循环后样品的比电容保持率为89%。
谷胱甘肽 蛋黄?蛋壳结构 过渡族双金属硫化物 超级电容器 电化学性能 glutathione yolk-shell structure transitional bimetallic sulfide supercapacitor electrochemical performance
