锂离子电池磷酸锰铁锂正极材料研究进展

摘要:磷酸锰铁锂兼具LiFePO4结构稳定性好和LiMnPO4工作电压高(4.10V(vs.Li/Li+))的优点, 其能量密度相较于LiFePO4可提升15%-20%,是一种极具产业化应用前景的锂离子电池(LIBs)正极材料。然而,该材料的电化学性能受到了其离子/电子传输能力弱和晶体结构稳定性不足等问题的严重限制,难以满足产业化应用需求。总结了LiMn1-xFexPO4正极材料近年来的研究进展,从晶体结构、储锂机制、制备方法和性能提升策略等方面进行了系统阐述和深入分析。在此基础之上,对LiMn1-xFexPO正极材料的产业化发展路径进行了总结与展望,对LiMn1-xFexPO4正极材料电化学储锂机制、制备方法与性能提升策略的深入分析,可为该材料的基础研究和产业开发提供重要理论指导。

锂离子电池硅氧负极材料固相预锂化研究进展

摘要 :固相预锂化技术因其简单的制备工艺、环境友好性以及出色的预锂化效果已成为硅氧负极材料常用的预锂化方法之一。本文对硅氧材料(SiOx) 固相预锂化技术进行了综述,分类介绍了固相预锂化技术采用的锂源,从电化学性能、工艺流程复杂性以及环境友好性等方面对各类固相预锂化技术进行了对比分析。归纳了锂源湿法包覆SiOx 以及偏硅酸锂(Li2SiO3) 组分调控对固相预锂化性能的提升效果。在此基础之上讨论了现有固相预锂化存在的问题、解决方法以及新的发展方向,并展望了固相预锂化在锂离子电池SiOx 中的应用趋势。

氢能运输方式与技术发展现状及挑战

摘要:在能源结构转型及新能源革命的背景下,氢能由于具有清洁高效、来源丰富及用途广泛等优点,得到广泛的重视与发展。作为连接氢能供应端和需求端的核心纽带,氢能运输是氢能规模化及商业化应用的关键环节。构建成熟的氢能运输技术体系并完善相关基础设备设施建设,是氢能产业发展亟须解决的关键核心问题。基于此,文章综述了氢能运输发展的现状,明确了管道运输在氢能运输技术中的突出作用,在此基础上总结提炼了氢能运输发展所面临的关键科学与技术问题,并从材料、工艺、设备、风险评估、标准规范制定及战略发展规划等方面对未来氢能运输的发展提出了相关建议。

快充型钠离子电池非水电解液研究进展

摘要:钠离子电池由于钠元素储量丰富、成本低廉以及与锂离子电池相似的工作原理而备受瞩目,在规模化储能领域展现出巨大的应用潜力。开发具有快速充放电能力的钠离子电池,可有力支撑规模储能的调频应用。电解液作为钠离子电池的关键组分在电极/电解液界面反应中扮演着重要角色,成为决定钠离子电池快充特性的关键因素。本文首先分析了钠离子电池中快充型电解液所面临的机遇和挑战。其次,从电解液的传输特性和电化学稳定性两方面着手,探讨了钠离子电池快充性能和电解液性质之间的密切关系。最后,基于不同溶剂体系,总结了快充型电解液的发展现状,提出一般性的设计策略。通过本文的综合分析,将为快速充放电能力的钠离子电池的研发提供有益的指导和启示。

Pd基二元合金膜应用研究进展

摘要:Pd基合金膜对氢气具有唯一渗透性和高渗透率,在氢气生产、应用、回收、探测等领域有着广阔的应用前景。PdAg,PdCu,PdAu,PdPt,PdRu为近年来Pd基二元合金膜的研究热点,对它们的研究重心也逐渐由提高合金膜的氢渗透性能,转向了对循环稳定性、高温稳定性、抗毒化性能及膜反应转化率等综合性能的优化。其中PdAg与PdCu合金膜的技术成熟度高,已在具有商业价值的重整制氢反应器及氢气净化器中投入使用。PdAu,PdPt,PdRu合金膜在实验研究中的优异表现,也展示了其在商业应用中的巨大潜能。介绍了上述几种Pd合金膜在重整制氢、脱氢加氢反应器及氢纯化器中的最新研究进展,讨论了其在实际应用中面临的问题与挑战, 提出了不同Pd合金膜可适应的服役条件及可行的优化方案。最后对Pd合金膜开发与应用的发展趋势作了展望,指出了Pd合金膜抗毒化性能的提升仍然是未来研究的重点。

过渡金属磷化物基材料在电催化析氢中的改性策略:现状及展望

摘要:氢能作为一种零碳燃料,被认为是替代化石能源的理想能源。电催化析氢(HER) 是一种绿色环保技术,可以裂解水分子制备氢气。因此开发低廉高效且稳定性好的非贵金属催化剂对于解决能源危机和可持续发展尤为重要。过渡金属磷化物(TMPs) 具有良好的导电性、多变的化学组成、丰富的储量和稳定的理化性质,是HER 反应重要的催化剂之一。本文首先介绍了HER 反应机制及TMPs 的结构特点,然后总结了TMPs 的合成方法包括液相合成法和气-固合成法等,接着重点分析了现有TMPs 的改性策略如形貌调控、缺陷调控、元素掺杂和界面复合,最后对未来TMPs 的发展方向提出了展望。

太阳能器件用超疏水增透膜的研究进展

摘要:由于在解决关键技术问题方面的潜在用途,具有超疏水特性的减反射表面受到了广泛的关注。超疏水表面的微纳米结构结合材料的低表面能,能有效提高材料的抗润湿性能,实现自清洁。这是由于超疏水表面的水接触角大于150°,使得水滴能够包裹基体表面的杂质一同滚落,从而达到自清洁的目的。超疏水表面比疏水表面的要求更加严苛,可以通过两种关键途径来实现:一是直接利用自身低表面能的材料制造粗糙表面,二是首先制造出粗糙表面,再利用低表面能材料对其进行修饰。同时,高透光率是提高光学设备和器件性能的关键,如太阳能板等。因此,设计和实现高透光的自清洁超疏水表面,从而降低表面的反射率有重要意义和研究前景。本综述重点梳理了不同增透超疏水表面材料的发展,特别是玻璃材料,最后对低反射的自清洁超疏水表面材料的未来应用进行了探讨。

人工智能在可再生能源材料研发领域的研究进展

摘要:近年来煤炭、石油、天然气等传统能源逐渐枯竭,大量化石能源的使用造成环境污染。为了降低二氧化碳的排放量,国家积极推动风、水电、氢能等可再生能源的发展,而这些能源技术的推广应用的关键是新材料的研发。目前新材料的研发主要依赖于研究者根据材料结构以及其用于某一特定体系的预期催化活性为目标进行实验优化,导致新材料研发过程缓慢。随着计算材料学的进一步发展,研究人员整合了大量关于材料结构及性能表征的材料数据库,通过比较逐步优化筛选新材料。综述了当前材料开发的设计思路以及合成方法,以人工智能(AI)为着眼点阐述了近年来基于AI方法设计、制备可再生能源材料过程中的模型与算法,并总结了AI用于材料设计方面的研究意义和发展过程,最后对AI方法用以可再生能源材料设计、制备的发展进行了展望,介绍了本课题组提出的材料优化模型,并且列举了该模型成功应用于电解水析氢以及硼氢化钠制氢的材料优化的案例。未来,AI技术在新材料的理论计算、合成设计、性能预测、材料微观结构表征分析等方面具有非常广阔应用前景。

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。

电-热转换功能型相变储热材料的研究进展及应用

摘要: 热能在终端用能形式中占比高达50%以上,热能脱碳对实现我国“双碳”战略目标和节能减排至关重要,高效利用风能、太阳能等可再生能源驱动的电气化供热是实现热能脱碳的重要途径。目前,亟需探究先进的储能技术,以解决可再生能源供能与终端用能的时空不匹配矛盾。相变储热技术具有高储热密度和恒温输出特性,将电-热直接转化与相变储热结合可显著提高系统的能量转换效率和功率密度。本文聚焦相变储热材料的电-热转换特性与机制,分析了电-热转换与储热性能的关键影响参数。考虑到相变材料(PCM)本征导电性和导热性较差,需要引入高导电、高导热的添加物以制备电、热性能更优的复合相变材料。探讨了添加物不同的分布形式(离散、连续、定向连续)和尺寸效应对相变储热材料的电-热转换性能、有效热导率及电导率的强化影响机制,总结了电-热转换相变储热材料的应用场景,探讨了未来的重点研究方向和面临的挑战。