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基于3D打印的钠离子电池负极材料研究进展

基于3D打印的钠离子电池负极材料研究进展

摘要：钠离子电池作为一种新兴的能源存储技术，具有成本低、资源丰富、环境友好等优点，但是钠离子具有较大的离子半径，导致离子迁移缓慢，造成其循环寿命短、倍率性能差等问题。三维（3D）打印技术是一种能够快速生产结构物体的先进技术，在微流体、电子和工程领域得到了广泛的应用。近年来，科学家们也开始探索其在储能领域中的应用。该技术作为一种先进的材料制备方法，为实现高效、低成本的负极材料制备提供了新的途径。3D打印技术在制备钠离子电池负极材料方面的应用逐渐受到关注。本综述将简要介绍3D 打印技术概述、3D 打印钠离子电池负极材料的研究进展、3D 打印负极材料（氧化石墨烯、MXenes 和过渡金属氧族化合物等）的性能优化与提升以及面临的挑战与未来展望等方面。
新能源 2025年01月22日
TA2纯钛薄板微流道液压成形工艺研究

TA2纯钛薄板微流道液压成形工艺研究

摘要：双极板是氢燃料电池的重要部件之一，钛作为金属双极板基材有诸多优势，但钛的成形性能差、回弹较为严重，本文以0.1 mm TA2纯钛薄板微流道液压成形为研究对象，通过试验和有限元模拟相结合的方法研究纯钛微结构变形行为，分析工艺参数对微流道成形质量的影响规律，为液压成形钛双极板提供参考。建立了TA2纯钛薄板微流道液压成形的有限元模型，通过与试验件的轮廓及厚度分布验证有限元模型的准确性；研究了液体压力、加载速率和脉动加载对微流道成形的影响。结果表明，微流道液压成形过程中材料应变路径为平面应变，且上圆角位置最容易破裂；加载速率对微流道成形影响不大，随着加载速率的提高，成形深度略有下降，但是变化不大，仅有3%；脉动加载路径能够提高材料的流动变形能力，在均为临界破裂情况下，相比较线性加载路径成形深度有较高的提高，可达232.2μm，提高幅度为23%。
新能源 2025年01月21日
高比能高安全的柔性锂电池设计

高比能高安全的柔性锂电池设计

摘要：目前, 柔性和可穿戴/植入电子设备的快速发展对柔性电源的需求越来越大, 催发了科学界对柔性储能器件的广泛研究. 除优异的机械变形能力外, 柔性电子设备的结构特征及潜在应用领域对柔性储能器件提出了高比能、高安全的要求. 锂电池自放电率低、能量密度高、循环寿命长, 被认为是电子设备的理想能源, 正主导着柔性储能器件的发展方向. 如何同时获得锂电池的高柔性、高安全性和高能量密度是目前在柔性电子领域面临的主要挑战之一. 基于以上问题, 本文对未来高比能、高安全的柔性锂电池的发展进行了详细论述. 首先, 通过代表性实例介绍了柔性电子设备/柔性锂电池的常见应用场景, 凸显出对电池高比能和高安全的要求. 然后, 分别从材料选择角度, 包括集流体、电解质和电极活性材料等, 及结构设计角度, 包括折纸/剪纸结构、仿生结构、三相渗流结构等, 论证了如何有效提高电池的柔性、安全性和能量密度. 最后, 进一步讨论了柔性锂电池研究与发展面临的挑战和未来的发展机遇.
新能源 2025年01月17日
多级中空纳米纤维二次电池电极材料

多级中空纳米纤维二次电池电极材料

摘要：多级中空纳米纤维材料具有结构可控、成分可调的优点, 在二次电池电极材料领域应用广泛. 在结构方面:多级中空结构可以有效缓冲电极材料在电化学反应离子嵌/脱过程中的体积变化, 阻止电极材料粉碎、脱落, 增加电解液和电极材料的有效接触面积, 缩短离子/电子传输路径; 在成分方面: 可以实现不同特性材料的合理耦合, 提升电极材料电导率, 加速氧化还原反应动力学. 多级中空纳米纤维结构和成分的协同增强作用在提升二次电池容量、倍率、循环性能方面效果显著. 本文归纳了现阶段制备多级中空结构纳米纤维的几类方法, 包括单针头静电纺丝、多流体静电纺丝和其他合成方法(模板法、水热法、自组装法等). 随后, 总结了不同结构、成分的纤维在二次电池(如锂、钠、钾离子电池, 锂/钠-硫电池, 锂金属-空气电池, 超级电容器等)中的应用进展. 最后, 探讨了多级中空结构纳米纤维材料在电化学储能领域的应用潜力.
新能源 2025年01月16日
锂离子电池高能量密度正极材料的研究进展

锂离子电池高能量密度正极材料的研究进展

摘要：日益增长的清洁可持续能源取代传统化石燃料的需求, 推动了二次电池的发展. 然而, 商业化成功的锂离子电池仍面临成本和安全方面的重大挑战, 因此迫切需要寻找具有更高能量密度和更好安全性的二次电池. 从材料角度, 层状过渡金属氧化物由于其高理论容量、高工作电压和低制造成本而被认为是有前途的高能量密度正极材料. 然而, 由于存在电化学稳定性问题, 层状过渡金属氧化物仍未充分发挥其应用的潜力. 本文首先综述了锂离子电池具有代表性的高能量密度正极材料, 重点讨论了钴酸锂正极材料的发展历程和结构特性, 介绍了其工作机理和失效机制, 总结并分析了相应的改性策略及其在增强电化学稳定性方面的表现; 然后介绍了钴酸锂高能量密度正极材料的工程应用现状和改进措施; 最后展望了高能量密度可充电电池的发展前景.
新能源 2025年01月15日
硫掺杂炭材料在钠离子电池负极中的研究进展

硫掺杂炭材料在钠离子电池负极中的研究进展

摘要：钠离子电池因资源丰富及成本低等优势，在大规模储能领域备受关注。炭材料作为钠离子电池实用化进程中的关键负极材料，具有高容量、低嵌钠平台、易调控且稳定性好等特点，引起了研究者的广泛关注。掺杂原子可改善炭材料的微观与电子结构，是提升储钠性能的有效途径。常见的杂原子包括N、S、O、P、B 等，其中硫原子因其较大的半径能显著扩大层间距、增加缺陷与活性位点，被广泛用于炭负极材料的掺杂改性。本文综述了近年来硫掺杂炭材料的设计制备及在钠离子电池负极中的研究进展，分析了硫掺杂对碳结构的调控机理与改善电池性能的作用机制，最后针对目前面临的挑战和可能的解决方案进行了总结和展望，以期推动硫掺杂炭负极材料在钠离子电池中的实用化进程。
新能源 2025年01月14日
生物质炭材料作为金属空气电池阴极的研究进展

生物质炭材料作为金属空气电池阴极的研究进展

摘要：金属空气电池作为高效的能源转换与存储装置，受到人们广泛关注。然而，阴极反应动力学缓慢及贵金属高昂的成本等一系列问题严重制约了金属空气电池的实用化进程。生物质炭材料因其特殊的电化学性能、环境效益和经济价值，已成为开发高性能金属空气电池阴极材料的重要选择。近年来，生物质炭材料在材料制备和微观结构设计等方面取得了较大进展。本文综述了生物质炭材料在金属空气电池阴极应用的最新研究进展，并从反应机理、合成策略和多维结构（一维、二维和三维）的角度深入阐述其对电催化性能的影响。最后，进一步讨论了生物质炭材料面临的挑战和未来的发展方向。这篇综述为生物质炭材料的结构设计提供了新的视角，旨在为开发高效、廉价和稳定的金属空气电池阴极催化剂提供参考和借鉴。
新能源 2025年01月13日
石墨烯基二氧化碳还原电催化材料研究进展

石墨烯基二氧化碳还原电催化材料研究进展

摘要：通过电化学方法来减少二氧化碳（CO2），同时生产燃料和高附加值化学品，是一种克服全球变暖问题的有效策略，对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义。由于CO2 稳定的分子结构，设计高选择性、高能效和低成本的电催化剂是关键。石墨烯及其衍生物因其独特且优异的物理、力学和电学性能，相对较低的成本，使其在CO2 电还原方面具有竞争力。此外，石墨烯基材料的表面可以通过使用不同的方法进行改性，包括掺杂、缺陷工程、构建复合结构和包覆形状。首先，本文综述了电化学CO2 还原的基本概念、评价标准，以及催化原理和过程。其次，简要介绍了石墨烯基催化剂的制备方法，并按照催化位点的类别，总结了石墨烯基催化剂近年来的研究进展。最后，对CO2 电还原技术未来发展方向进行了探讨与展望。
新能源 2025年01月10日
石墨炔在水系离子电池中的研究进展

石墨炔在水系离子电池中的研究进展

摘要：石墨炔（Graphdiyne，GDY）是一种全新的炭材料，具有特殊的炭杂化排列方式、独特的化学性质和电子结构以及独特的孔隙结构等优点，在电化学储能领域具有良好的应用前景。新兴的水系离子电池具有低成本和高安全性等优点，然而，高性能电极材料的开发、新型隔膜体系的设计以及稳定界面的策略等仍是水系离子电池面临的主要挑战。石墨炔在负极保护、正极包覆、隔膜设计以及稳定界面pH 值等方面，可以改善离子传输与界面沉积行为、电解液不稳定等问题。特别是石墨炔自下而上的分子结构设计策略使其具有易修饰、掺杂的特点，改性的石墨炔类似物具有更加优异的性能，拓宽了其在水系离子电池中的应用。本文系统综述了石墨炔的结构与性质以及合成方法，特别对石墨炔在水系离子电池中的研究进行了总结。此外，对石墨炔在水系离子电池中应用时仍存在的问题与挑战进行了探讨，对石墨炔在水系离子电池中的发展进行了展望。
新能源 2025年01月09日
超超临界电站用含Nb马氏体/奥氏体耐热钢的合金化现状

超超临界电站用含Nb马氏体/奥氏体耐热钢的合金化现状

摘要:为了提高耐热钢的高温强度,在钢中添加微量合金元素是合金设计时的一种有效措施,其中Nb微合金化为耐热钢的主要强化方式,一直是耐热钢研究的热点。围绕Nb的应用,阐述了蒸汽发电机转子用马氏体耐热钢、超超临界锅炉用马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢的合金化发展历程及现状。大多数转子用马氏体耐热钢中均含有少量的Nb,尤其近40年来开发的马氏体转子用钢中均含质量分数约为0.05%的Nb;蒸汽轮机中小部件用马氏体耐热钢中一般Nb质量分数约为0.05%~0.25%;蒸汽轮机壳体用马氏体耐热钢中Nb质量分数约为0.05%~0.10%;主蒸汽管道和换热管用T/P91和T/P92钢中Nb质量分数为0.04%~0.25%。在马氏体耐热钢中Nb通常和V复合使用,V含量约为Nb的2~4倍。典型奥氏体耐热钢中Nb的含量比在马氏体耐热钢中高约1个数量级,在奥氏体耐热钢中Nb通常单独添加,或与少量Ti复合添加。整体而言,随电站锅炉蒸汽参数的提高,马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢的合金化程度越来越高,钢中合金元素的种类也越来越多;对奥氏体耐热钢而言,控制和改善一次富Nb相的存在形态是未来一定时期的主要研究热点;而随着钢中强化因素的增多,强化因素间的定性/定量作用也可能成为未来的重点研究方向。
新能源 2025年01月07日