锂离子选择性吸附材料的制备与提取应用

摘要:近年来,随着锂电池技术和电动汽车的快速发展和大规模应用,锂资源的市场需求呈现出急剧增长的态势,矿石锂和卤水锂资源开发产量已无法满足市场需求。从地表盐湖卤水、深层卤水等液态资源中提锂具有巨大的市场开发潜力,是当前锂资源开发的重要研究方向。吸附法适用于我国低浓度大体积卤水中锂的提取,而锂离子选择性吸附材料是吸附提锂的核心。本文综述了有机(冠醚)、无机(铝基、锰基和钛基)以及复合型选择性锂吸附材料的制备方法、吸附性能和吸附机理,为研究新型锂吸附材料、克服材料缺陷以及改进吸附剂性能提供参考,以期推动盐湖卤水锂资源高效提取利用的进一步发展。

无负极钠电池负极侧关键问题及界面设计

摘要:相比锂离子电池,钠离子电池在资源、成本、安全、功率性能和低温性能等方面都具有较大优势。然而,目前的钠离子电池能量密度较低,为了开拓更广阔的应用空间,开发高比能钠电池是目前学术界和产业界关注的热点。近年来,无负极钠电池(AFSBs)因其在能量密度、工艺安全性和整体电池成本方面的优势而受到广泛关注。但该体系中存在固态电解质界面(SEI)破裂、副反应增多、枝晶无序生长以及死钠的产生易导致快速的容量衰减,电池循环寿命较短等缺陷。这些挑战可归因于以下三个关键问题:钠的高反应活性、循环过程中钠的不均匀沉积行为以及剧烈的体积膨胀。针对上述问题,本文围绕集流体-钠界面与钠-电解质界面,阐释了AFSBs负极侧促进无枝晶生长的设计方法,包括设计亲钠涂层、构建多孔骨架结构调节钠成核过程以及设计坚固的SEI界面层,进一步引导钠的均匀沉积与剥离,最终构建长寿命的AFSBs。最后展望了AFSBs的未来研究方向及应用前景。

氢燃料电池高效抗毒化Pt基电催化剂研究进展

摘要:随着全球化石能源逐渐枯竭和温室效应加剧, 人们赖以生存的自然环境遭到了严重破坏, 如何开发新能源或高效的能源转换装置已经成为当前的研究热点. 质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为高效的能源转换装置可以通过电化学反应将氢气(H2)中储存的化学能直接转化为电能, 具有零排放、零污染、转化效率高等优点, 其商业化发展能够有效地缓解当前的能源与环境危机. 由于工作温度差异, PEMFCs分为低温质子交换膜燃料电池(LTPEMFCs)和高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs). 贵金属铂(Pt)是PEMFCs中最常用的催化剂材料之一, 然而Pt的抗毒化能力相对较弱, 导致其催化剂稳定性较差. 此外, Pt的低利用率、高成本, 进一步限制了其大规模商业化应用. PEMFCs燃料中存在微量的杂质气体(尤其是一氧化碳(CO)), CO在反应过程中会吸附在催化剂表面而不容易去除, 导致Pt催化剂表面活性位点被毒化. 除了CO的毒化作用, HT-PEMFCs催化层界面由于磷酸(PA)的随机分布也会引起Pt催化剂的毒化问题, 进一步导致催化剂的活性降低. 因此, 开发高效抗毒化Pt基催化剂并探究其抗毒化机制是推动PEMFCs发展的关键. 本文系统地阐述了PEMFCs中Pt基催化剂的毒化问题, 重点讨论Pt基催化剂的设计、合成及其抗毒化机制; 最后, 对PEMFCs中Pt基催化剂的发展与挑战进行探讨和展望.

柔性钙钛矿太阳能电池:挑战与发展

摘要:柔性钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的光伏技术,因优异的光电性能和良好的柔性弯曲特性而受到广泛关注,在穿戴设备、便携式电源等场景中展现出巨大的应用潜力,成为太阳能电池研究的重要方向之一。近年来,国内外研究团队在提升柔性钙钛矿太阳能电池效率、机械弯曲稳定性和延长其工作寿命等方面取得了显著成果。本文介绍了柔性钙钛矿太阳能电池的器件结构,探讨了柔性基底选择、添加剂工程、钙钛矿结晶调控和界面优化等方面所面临的问题与挑战,并总结了提升光电转换效率和稳定性的相关策略。此外,本文还对未来发展方向及性能提升方面提出了展望。

连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料在先进核能领域的发展研究

摘要:先进核能系统的发展对核材料在多场耦合极端环境中的服役稳定性提出了更高要求。连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高温力学性能优异、抗腐蚀、耐辐照等优点,且在外力作用下呈现“假塑性”断裂行为,被视为先进核能系统中极具应用前景的新型结构材料。本文首先从材料级、构件级、服役性能三个层面系统总结了核用SiCf/SiC复合材料的基础研究体系,分析了美国、法国、日本等传统核电强国,其他新兴核电国家和我国在核用SiCf/SiC复合材料领域的发展趋势,梳理了我国核用SiCf/SiC复合材料在原材料、数据积累和专利标准等方面存在的问题与发展面临的挑战,针对性地提出了相关措施与建议,包括加强材料制备技术研发、发展研发新范式、强化“产学研用”合作关系、在坚持以我为主的基础上加强国际交流等,以期为我国核用SiCf/SiC复合材料领域的研究方向及决策制定提供参考。

面向未来储能的水系铜电池

摘要:有机系电池是当前最成熟的储能电池之一, 其中有机锂电池已在市场上得到广泛应用. 然而, 资源短缺、环境污染和安全问题等因素限制了有机系电池的进一步发展, 所以研究与发展新型储能电池有很大的实际意义. 近年来, 水系电池以其安全、生态友好、资源丰富和成本低廉等特点受到人们广泛关注. 从20世纪80年代开始, 已经开发出了多种水系电池, 如水系锌、铜、铝、铁等, 这些电池所展现出的巨大潜力使其有可能成为未来一代的安全且环保的新型储能电池. 其中水系铜电池由于具有优良的电化学可逆性以及特殊的变价化学反应而引起人们的广泛兴趣. 本文从铜正极和铜负极的角度来阐述水系铜电池的研究进展, 旨在为水系铜电池的未来储能应用提供参考.

单部件燃料电池的研究进展

摘要:传统固体氧化物燃料电池(SOFCs)需要保持较高的工作温度,不利于其不同组分的兼容和长期稳定性,这阻碍了SOFCs的商业化进展。若降低反应温度则会带来显著的界面阻力和反应动力学损失,使输出功率降低。最近,单部件燃料电池(SLFC)作为一种新型能源转换装置被提出,与传统三组分SOFCs不同,SLFC的特点是具有一个半导体-离子异质结构材料混合离子导电的均匀层,p-n异质结构和内建电场的存在可以实现电荷分离,提高了燃料电池的稳定性和耐久性,使其在低温下也具备良好的离子电导和电池性能,具有广阔的发展前景。本文对最近几年以来SLFC领域的研究进展做了一个简要的综述,回顾了SLFC中异质结与能带对准隔绝电子的工作原理,研究空间电荷区与晶格应变对界面离子传导的影响,总结了研究者在半导体-离子材料上做出的改进,并讨论了该燃料电池的优势和未来的发展方向。

热基锌铝镁镀层材料在光伏支架领域的应用

摘要:锌铝镁镀层钢板产品是在传统热镀纯锌镀层产品的基础上,在镀液中添加适量的Al、Mg以及其他微量合金元素得到的合金镀层产品。因其具有良好的耐腐蚀、耐磨损、切口自愈能力和低摩擦因数等特性,在众多领域具有巨大应用前景。本文从光伏支架中钢材的使用现状出发,对热基锌铝镁材料的发展和应用现状进行综述,分析了热基锌铝镁材料在光伏支架中应用的优势和的可行性,发现热基锌铝镁材料直接采用酸洗后的热轧板为原料,可生产规格更厚的产品,更好地满足光伏行业的需求。

可逆固体氧化物电池电极材料的研究进展

摘要:可逆固体氧化物电池电极材料在应对能源挑战和降低环境污染方面具有重要作用。文章介绍了固体氧化物燃料电池和电解电池的工作原理及它们结合成可逆固体氧化物电池的优点。着重讨论了电极材料选择对电池性能的重大影响,并深入分析了钙钛矿氧化物材料在氧电极氧还原/氧析出反应动力学提升方面的作用。此外,探讨了采用掺杂、离子缺陷引入、合成方法改进以及机器学习等策略来优化电极性能。同时,指出了燃料电极在不同运行模式下面临的挑战,如结构劣化和碳沉积等,为高效、稳定的可逆固体氧化物电池发展提供了新视角和方法。

烧结钕铁硼磁体矫顽力提升技术研究进展

摘要:烧结钕铁硼永磁材料受矫顽力影响,热稳定性较差,在高温工作环境下易退磁,进一步影响磁体的服役特性。因此,行业内对于如何提高烧结钕铁硼磁体的矫顽力研究成为现阶段的重点工作, 目前,通过合金化、晶粒细化、晶界掺杂和晶界扩散等技术可以显著提高钕铁硼磁体的矫顽力。基于以上背景,本文详细阐述了矫顽力的影响机理以及矫顽力提升技术的发展现状,系统分析了各工艺的优缺点,然后重点讨论了晶界扩散技术通过优化晶界相、 增强各向异性场、 增强退磁耦合作用来提高矫顽力的机制,并进一步归纳总结了影响晶界扩散的因素。最后,对未来中国烧结钕铁硼磁体矫顽力提升技术的发展趋势进行了展望,以期望促进中国烧结钕铁硼技术的发展。