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锂离子电池负极储锂材料的研究进展?

梁初 , 许浩辉 , 梁升 , 夏阳 , 黄辉 , 陶新永 , 甘永平 , 张文魁

材料导报 doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2015.011.002

储锂材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一，已成为国际上锂离子电池材料研究领域的热点和重点。综述了锂离子电池负极储锂材料的研究进展，但非简单地重复负极储锂材料发展的全部研究。重点关注了三大类负极储锂材料的电化学特性、储锂机理和主要电化学改性途径，并指出了三类负极储锂材料存在的技术问题和今后的研究方向。

关键词: 锂离子电池 , 负极材料 , 储锂 , 循环寿命 , 比容量 , 倍率性能

生物模板法合成锂离子电池电极材料研究进展

夏阳 , 方如意 , 施思 , 梁初 , 张俊 , 黄辉 , 陶新永 , 甘永平 , 张文魁

材料导报 doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.01.022

锂离子电池是一类极具潜力的新型二次化学储能器件,被广泛应用于便携式电子设备、电动交通工具和智能电网等领域.高性能电极材料的设计和合成是获得高能量密度、长循环寿命、高安全性锂离子电池的关键.文章针对锂离子电池电极材料存在制备工艺复杂、结构难以控制、活性物质利用率低、循环稳定性和倍率性能差等问题,从生物资源高效利用角度出发,结合生物材料尺寸均匀、形态多变、结构精密、环境友好等优点,综述了生物模板法合成锂离子电池电极材料的研究进展,并对该领域的发展方向进行了展望.

关键词: 锂离子电池 , 正极材料 , 负极材料 , 电极材料 , 生物模板

硅负极材料的储锂机理与电化学改性进展

梁初 , 周罗挺 , 夏阳 , 黄辉 , 陶新永 , 甘永平 , 张文魁

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.007

硅作为锂离子电池负极材料具有极高的比容量,被认为是最有应用潜力的下一代锂离子电池负极候选材料.本文系统总结了硅负极材料的电化学储锂特性和储锂机理,分析了硅负极材料存在的主要问题及原因.针对存在的问题,从嵌脱锂过程硅材料粉化调控、稳定固体电解质界面膜(SEI膜)的构建和硅材料导电性调变3方面对硅负极材料的电化学改性进展进行了评述,并指出了硅负极储锂材料今后的研究方向.

关键词: 硅负极材料 , 储锂机理 , 粉化调控 , 稳定SEI膜 , 导电性

TiNi合金表面TiO2薄膜的制备及光充电性能

黄辉 , 张文魁 , 甘永平 , 梁志宏

稀有金属材料与工程

采用热氧化方法在TiNi合金表面制备了TiO2薄膜,并考察了TiO2/TiNi电极在KOH溶液中的光电化学性能.结果表明,TiNi贮氢合金表面形成的TiO2薄膜为金红石型,结晶度随氧化温度升高逐渐增大;TiO2薄膜结构、光电流和界面阻抗之间存在良好的相关性,700℃制备的TiO2薄膜光响应电流最大,电极阻抗谱与镍氢电池体系合金负极阻抗特征相似,高频区半圆对应于吸附氢的形成,而低频区Warburg线性关系则反映了氢在电极中的固态扩散过程;在光照射下具有特殊的光充电贮氢性能,放电容量从暗态时的5 mAh/g提高至光照时的15 mAh/g,对光充电反应机理作了初步分析.

关键词: TiO2薄膜 , 光电化学 , 光充电性能 , TiNi贮氢合金 , 热氧化

碘掺杂TiO_2薄膜电极制备和光电性能研究

王春涛 , 张文魁 , 黄辉 , 陶新永 , 甘永平

功能材料

以碘酸钾为碘源,钛酸丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备碘掺杂TiO2纳米粉体,采用旋涂法制成以ITO导电玻璃为基底的碘掺杂TiO2薄膜电极,并经300～600℃退火处理。采用XRD、XPS和紫外-可见吸收光谱等对样品微观结构、化学成分和光学特性进行表征,并对碘掺杂薄膜电极和纯TiO2薄膜电极的光电化学性能进行测定比较。结果显示少量碘掺入到TiO2,但经碘掺杂的TiO2紫外-可见光吸收限明显红移到可见光区（450～600nm之间）,碘掺杂TiO2薄膜电极经适当温度处理的光响应性比纯TiO2得到明显改善。

关键词: 碘掺杂TiO2 , 薄膜电极 , 光电化学性能

Pd/Y薄膜在气态吸放氢过程中的表面形貌和可转换光学特性

张文魁 , 黄辉 , 甘永平 , 杨晓光 , 余厉阳

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2003.09.015

利用直流磁控溅射法制备了Pd/Y稀土薄膜,研究了薄膜在气态吸放氢过程中表面形貌及光学特性变化.研究表明,采用磁控溅射法制备的薄膜具有柱状晶结构,最外层的Pd层为纳米级的孤岛状颗粒结构.室温气态充氢过程中,在Pd颗粒催化作用下,Y可形成氢化物YH3和YH2,形成氢化物的局部区域发生膨胀开裂.在气态充氢过程中,薄膜的透光率随充氢时间和入射光波长的增加而增加,由于YH3自身禁带宽度的原因,在λ＝400 nm处存在吸收限.放氢过程中,YH3分解为YH2,薄膜在λ＝689 nm处透光率最大.

关键词: Pd/Y稀土薄膜 , 表面形貌 , 可转换光学特性

CNTs添加对MmMn0.4Co0.7Al0.3Ni3.4贮氢合金负极性能的影响

黄辉 , 张文魁 , 甘永平 , 涂江平 , 张孝彬

无机材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-324X.2005.05.020

对商用MmMn0.4Co0.7Al0.3Ni3.4贮氢合金中添加多壁碳纳米管(CNTs)、Ni的电化学性能进行了研究.结果表明,CNTs的加入可以提高电极的放电容量和初始活化性能,合金中添加CNTs、CNTs+Ni的电极完全活化只需11个循环,其最大放电容量分别为255、271mAh/g.而添加Ni的电极则需24个循环才达到最大容量(245mAh/g);合金中添加CNTs、CNTs+Ni的电极具有更高的放电平台和更好的高倍率放电性能(HRD),在1000 mAh/g放电电流下,添加CNTs、CNTs+Ni、Ni以及未添加电极的HRD值依次为80.5%、83.9%、66.9%和62.4%,线性极化和电化学阻抗测试表明,CNTs的加入可有效减少欧姆电阻、提高电极表面的电荷迁移速率,更有利于在大电流下进行放电.

关键词: 碳纳米管 , 贮氢合金 , Ni-MH电池 , 电化学性能

Pt/SPE电极的制备及其电化学性能

马淳安 , 张文魁 , 黄辉 , 甘永平 , 高晓萍

应用化学 doi:10.3969/j.issn.1000-0518.2001.09.006

采用SEM、EDS和电化学方法研究了渗透法和浸渍法制备工艺对Pt/SPE电极的表面形貌、组成的影响,并考察了苯甲醇在Pt/SPE电极上的电化学氧化性能.结果表明,浸渍法可以有效降低电极的载Pt量,增加Pt的分散度,电极的真实表面积,并降低电化学反应的表观活化能.浸渍法制备的Pt/SPE电极对苯甲醇电氧化反应有较好的电化学活性.

关键词: Pt , 固态电解质(SPE) , Pt/SPE电极 , 制备 , 电化学性能

纳米碳管空气电极在氧还原反应中的电催化性能

黄辉 , 张文魁 , 赵峰鸣 , 马淳安 , 甘永平 , 葛忠华

应用化学 doi:10.3969/j.issn.1000-0518.2002.08.012

以活性炭、纳米碳管为催化层电极材料制备了空气电极,测定了稳态极化曲线和交流阻抗. 研究发现,催化层中纳米碳管的含量对氧的电还原反应有显著影响,m(活性炭)∶m(纳米碳管)=50∶50的空气电极催化活性最高,在过电位ηc为400～600 mV时,输出电流可达0.3～0.5 A/cm2. EIS测试结果表明,不同质量比的活性炭/纳米碳管空气电极阻抗谱均由2个半圆弧组成,高频区半圆对应欧姆极化阻抗,低频区半圆对应氧还原反应的法拉弟阻抗,催化层中加入纳米碳管明显减小了电极的欧姆阻抗和法拉第阻抗,提高了氧还原反应的催化活性,电极过程受氧在薄液膜中的扩散控制,单纯纳米碳管形成的催化层多孔结构较容易被电解液渗透,界面还存在Warburg扩散阻抗,相应的电催化活性较低. 提出了空气电极的等效电路,并对拟合的动力学参数进行了解释.

关键词: 纳米碳管 , 空气电极 , 氧还原反应 , 电催化 , 电化学阻抗谱

2-硝基丙烷在硫酸介质中的电化学还原

甘永平 , 张文魁 , 黄辉 , 夏新辉

应用化学 doi:10.3969/j.issn.1000-0518.2006.07.024

采用线性扫描的方法,研究了2-硝基丙烷在硫酸介质中的电还原行为,结果表明,2-硝基丙烷在铜、镍、铅、石墨和铜汞齐电极上具有良好的电化学还原活性,其峰电位分别为-0.54、-0.56、-0.55、-0.64和-0.90 V(vs.SCE),在1 000 A/m2的电流密度下电解还原2-硝基丙烷合成N-异丙基羟胺,均可获得85%以上的反应收率和67%以上的电流效率,其中铅电极是最理想的电极材料,在电流密度为100～1 500 A/m2内电解,可获得约90%的反应收率和80%以上的电流效率,铅电极上的电还原过程主要由扩散控制.

关键词: 硝基丙烷 , N-异丙基羟胺 , 电化学还原

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