高稳定性相变储能复合材料的制备及其光电转换性能

摘要:文中采用溶液法制备了以聚乙二醇(PEG)为基体、聚乳酸(PLA)和碳纳米管(CNTs)为支撑结构的相变复合材料。通过微观结构发现,CNTs 在PEG相变复合材料中呈类“隔离”结构分布,显著降低了PEG相变复合材料的导电逾渗阈值,从0.46%(PLA/CNTs)降低至0.13%(PEG/PLA/CNTs);且PEG/PLA/CNTs 相变复合材料在100 次的热力学循环测试中能够保持良好的热循环稳定性和化学结构,在160 ℃的高温环境中能够保持良好的形状稳定性,未出现PEG泄露和塌陷现象。在温敏响应行为研究中发现,PEG/PLA/CNTs 相变复合材料实现了PTC效应到NTC效应的转变;随着测试温度的提高,相变复合材料的能量储能平台逐渐变宽,最高可达37.2 min。在光-电-热效应测试中发现,PEG/PLA/CNTs 复合材料在不同的光照强度下均能体现出储能效果和光电转换效率(η),在150 mW/cm2光照强度下复合材料的η 值达到了42.9%,且随着光照强度的增加,复合材料的η 值随之上升。

功能性La@CeO2纳米填料引入PEO聚合物电解质构建高性能全固态锂金属电池

摘要: 用六水合硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)和六水合硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)通过水热合成法反应合成了富含氧空位的La掺杂CeO2(La@CeO2)纳米填料,将所得到的纳米填料引入聚环氧乙烷(PEO)基质中,采用溶液铸法制备了PEO/LiTFSI/x(0.2La@CeO2)(x =0%,5%,10%,15%)复合固态电解质(CSEs)。采用XRD、SEM、EDS、EPR对La@CeO2 纳米填料进行了表征,对CSEs的物理性能进行了DSC、TGA和力学性能测试,并测试了其电化学性能。结果表明,水热合成的La@CeO2 纳米填料表面含有丰富的氧空位,含有10%(质量分数)0.2La@CeO2纳米颗粒填料的复合固态电解质表现出了高的锂离子传输性能、良好的循环性能和倍率性能。与PEO/LiTFSI无填料的电解质相比,在60℃时离子电导率为2.5×10-4S/cm,锂离子迁移数为0.55,电化学稳定性为4.9V,抗拉强度显著提升,复合固态电解质与锂金属具有良好的界面相容性,在0.1mA/cm2 的电流密度下,组装的锂对称电池能够稳定运行1200h。同时,组装的LiFePO4|PEO/LiTFSI/10%(0.2La@CeO2)|Li电池在0.5C下循环280次后放电容量仍保持在145.4mAh/g,容量保持率为91.9%,库仑效率仍保持在97.6%的高水平。为构建下一代固态电池高效柔性PEO基固体聚合物电解质提供了可行策略。

固态电解质中的聚合物复合体系研究进展

摘要:固态聚合物电解质因其质量轻、柔性好,且与电极材料接触良好、界面阻抗小,成为开发新一代高能量密度、高安全性乃至高柔韧性电化学器件的潜在材料,近年来获得了广泛关注。但因其离子电导率低、力学性能差等缺陷也成为限制其进一步商业化的关键问题。通过交联、共混、共聚等手段组成聚合物的复合体系有可能很好地解决这些问题,因此本文首先对聚合物中的离子导电机理进行了简要介绍,旨在从原理的角度阐释上述问题的解决策略;随后综述了近年来多种聚合物基复合电解质在电化学器件中的应用以及改性策略。最后对复合固态聚合物电解质目前面临的基础研究和实际应用问题进行了讨论,给出了解决这些问题的建议,以期为新型聚合物复合固态电解质的设计与制备提供新思路。

水系铵离子电池研究进展

摘要:近年来,电池技术在消费电子设备、新能源汽车及各类储能系统中得到广泛应用,但传统电池在使用过程中存在的安全隐患日益引发关注。相较于采用有机电解液的电池,新型水系电池凭借其独特的安全性和环保特性,逐渐成为储能领域的重要研究方向。与当前普遍研究的金属离子(如Li+、Na+、Zn2+)相比,NH4+具有来源丰富、摩尔质量低的优势,加之其水合离子半径显著小于上述金属离子,使得水系铵离子电池(AAIBs)成为研究热点。尽管多种电极材料(包括无机与有机材料)已被开发为NH4+的存储载体,并在AAIBs 研究中取得了一定进展,但这些材料在实际测试与应用中仍面临诸多挑战与限制。本文系统综述了近年来AAIBs 的研究进展:首先概述AAIBs 的基本原理与特性,继而分别从正极材料、负极材料及电解质三个方面阐述最新成果,最后针对AAIBs 的发展前景、现存问题及潜在解决方案进行总结与展望,以期为推动AAIBs 及其电极材料的深入研究提供参考。

锂离子电池三元层状氧化物正极材料的研究进展

摘要: 锂离子电池被认为是实现动力电池规模化应用的最有前途的储能体系之一。但是传统锂离子电池的能量密度、功率密度及安全性等方面还无法满足电动汽车规模化发展的需求。正极材料作为锂离子电池中唯一提供锂离子的材料,其性能好坏直接影响了锂离子电池的性能。因此,开发兼具高能量密度、高功率密度、高安全性且价格低廉的正极材料极为重要。三元层状过渡金属氧化物正极材料因具有理论容量高、造价低、毒性低等优点被认为是下一代锂离子电池最具潜力的正极材料。但是,在高电压下却存在循环不稳定、倍率性能差及存储性能差等问题,制约了其在电动汽车上的广泛应用。元素掺杂和表面包覆等改性策略能有效克服三元材料存在的缺陷,提高三元正极材料的性能,一直是锂离子电池正极材料领域的重要研究方向。本文简述了常见的几种正极材料,着重介绍了三元层状过渡金属氧化物正极材料的优缺点和改性进展。

钠离子电池隧道型氧化物正极材料研究进展

摘要:钠离子电池(SIBs)凭借其资源循环性和成本优势表现出强大的商业化应用前景。钠离子电池正极材料中的隧道型氧化物具有独特的三维隧道结构,使得Na在充放电过程中能够更加灵敏地脱出和嵌人,这种隧道型氧化物具有优异的循环稳定性,可以充分发挥材料的电化学性能,因而得到广泛关注。本文针对钠离子电池隧道型氧化物正极材料的制备方法及应用进行阐述,并对隧道型氧化物正极材料的掺杂和包覆改性进行介绍,总结了隧道型氧化物正极材料的优缺点,并针对隧道型氧化物的不足提出建议,对未来的研发方向做出展望。

钼及钼合金在核领域应用研究现状与展望

摘要:核能系统苛刻的服役环境对核用材料提出了极高的要求。钼及钼合金因其优异的高温力学性能、较低的热膨胀系数、良好的导热性与液态金属相容性以及相对低的中子捕获界面,使其成为满足新一代核能技术发展的重要候选材料。本文综述了几种典型的钼和钼合金的力学性能及其在核反应堆环境下的应用、抗腐蚀性能和抗辐照性能研究现状,展望了本领域需要进一步关注的热点问题,期望为满足核领域不同用途钼及钼合金的成分、组织、性能设计研究提供思路。

机器学习原子间势分子动力学模拟在电化学储能材料研究中的应用进展

摘要: 电化学储能材料研究领域对分子模拟有着切实的需求, 而经典分子动力学和从头算分子动力学模拟因无法兼顾精度和效率的问题限制了分子模拟的广泛应用。近年来, 基于机器学习方法构建原子间势模型得到了快速的发展, 机器学习原子间势分子动力学模拟可以兼顾经典分子动力学模拟的计算效率和从头算分子动力学模拟的准确性。为了更好地呈现机器学习原子间势分子动力学模拟技术在电化学储能材料研究领域的应用进展和前景, 重点介绍了其在固体电解质、电解液、电极/电解质(液)界面等研究领域的应用, 并总结了材料领域机器学习原子间势及其分子动力学模拟所存在的挑战和机遇。

2023年镁基储氢材料研究热点回眸

摘要:2023年,镁基储氢材料及其固态储运氢技术研发与应用发展迅猛,热点频现,出现了诸多显著成果。在材料设计开发方面,通过多种改性手段有效改善了镁基储氢材料的热/动力学性能,实现了材料在近室温条件下吸氢,200℃以下放氢,循环寿命也在不断提升。在工程应用方面,全球首台吨级镁基固态储运氢车问世,多个示范应用项目与材料生产线开始落地建设。社会各界都在关注并积极推动镁基储氢材料与系统的研发,努力探索潜在的产业应用。根据镁基储氢材料的催化改性、纳米化改性、合金化改性、系统装置开发和示范应用五大方向,总结了2023年国内外镁基储氢材料的重要进展,探讨了镁基储氢材料在氢储运、氢储能和固体氧化物燃料电池发电等领域的应用场景,展望了镁基储氢材料在2024年所面临的机遇与挑战。

锂离子电池负极材料技术现状和发展趋势

摘要:锂离子电池在动力电池、消费电子和储能领域应用广泛。负极材料是锂离子电池的重要组成部分,其性能决定了锂离子电池的储能容量、能量密度以及安全性、循环性、倍率性。文中简要概述了锂离子电池的组成和工作原理,归纳总结了负极材料的分类及特点,对石墨负极材料进行了详细介绍,包括其原材料的生产工艺和石墨化过程等,并研判了石墨负极材料的市场需求及技术发展趋势。