水相锌二次电池正极材料V_2O_5_C的电化学性能研究

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Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(2)O_(2)F钠离子电池正极材料的水热法制备及性能

Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(2)O_(2)F钠离子电池正极材料的水热法制备及性能
采用德国 Bruker D8 Advance X 射线分析仪分 析 NVPOF 的物相结构,Cu Kα 辐射(λ=0.154 18 nm), 电压 40 kV,电流 40 mA,扫描速度 5 (°)·min-1,扫描 角度 2θ=10°~80°;采用日本 Hitachi S‑4800 场发射扫 描电子显微镜(SEM)观测材料的颗粒尺寸和微观形 貌,工作电压 5 kV。 1.3 电池组装与电化学性能测试
摘要:采用水热法制备了 Na3V2(PO4)2O2F (NVPOF)钠离子电池正极材料,利用 X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒流 充放电(GCD)等方法研究了其形貌、结构与电化学性能。结果显示,纯相 NVPOF 形貌规则,呈长 1~3 μm、宽 300 nm~1 μm、长宽 比为 2~3 的四棱柱形貌。NVPOF 具有 2 对平稳的充放电平台,在 0.2C 和 2C 电流密度下,放电比容量达到 124.2 和 70.5 mAh· g-1,经 100 次循环后,放电比容量仍有 105.8 和 59.6 mAh·g-1,容量保持率达到 85.2% 和 84.5%,库仑效率基本在 97% 以上,且低 温(0 ℃)电化学性能也有不错的表现。经还原氧化石墨烯(rGO)包覆提高电子电导率,NVPOF@rGO 在 0.5C 和 2C 的室温放电比 容量高达 124.4 和 88.4 mAh·g-1,且 2C 倍率下循环 200 圈后的比容量仍有 78.7 mAh·g-1,容量保持率高达 89%,库仑效率始终保 持在 99% 左右,显示出优异的倍率和循环性能。
关键词:Na3V2(PO4)2O2F;水热法;钠离子电池;循环性能
中图分类号:O646.21
文献标识码:A
文章编号:1001‑4861(2021)07‑1204‑07

ZnMn2O4_多孔微球作为水系锌离子电池正极材料的合成及其电化学性能

ZnMn2O4_多孔微球作为水系锌离子电池正极材料的合成及其电化学性能

第52卷第8期 辽 宁 化 工 Vol.52,No. 8 2023年8月 Liaoning Chemical Industry August,2023收稿日期: 2022-08-10ZnMn 2O 4多孔微球作为水系锌离子电池 正极材料的合成及其电化学性能卢彦虎,刘晨阳,马雷(沈阳化工大学 材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110142)摘 要: 采用水热法制备了ZnMn 2O 4水系锌离子电池正极材料,并采用X 射线衍射、X 射线光电子能谱、扫描电镜和电化学工作站等手段对材料进行了表征。

结果表明:水热温度对ZnMn 2O 4正极材料的形貌和电学性能均有较大影响。

当水热温度为160 ℃时,ZnMn 2O 4为尖晶石型多孔状球体,在 1 mA ·g -1的电流密度下获得了155 mAh ·g -1的比容量,良好的电化学性能表现主要得益于其多孔结构。

关 键 词:锌电池; 正极材料; ZMO 多孔微球; 电化学性能中图分类号:TM911 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935(2023)08-1122-04尖晶石型锌锰氧化物ZnMn 2O 4(ZMO)材料具有安全性好、成本低、环保等优点[1-3],在数据存储、生物技术、光催化剂、气敏元件、电池电极材料等领域得到了广泛的研究[4-5]。

目前,尖晶石结构的氧化物(如LiMn 2O 4、LiCo 2O 4)已经在LIBs 中被成功应用并且商业化[6-7]。

因此借鉴这一成功经验,ZMO 电极材料在水系锌离子中的应用成为当下研究的 热点[8-9]。

先前的尖晶石材料多采用高温固相反应法合成,大多是采用研磨氧化物、含碳酸根的盐类化合物的混合物,并进行高温热处理以获得所需材料。

制备温度较高,晶体形貌较难控制[10]。

现在多采用温和的化学方法进行合成,例如溶胶-凝胶法[11]。

WU[12]等通过聚乙烯醇吡咯烷酮分散的溶剂热碳为模板制备的ZMO 材料,在100 mA ·g -1的条件下比容量可达106.5 mAh ·g -1。

锌电积用阳极材料Pb-Ag

锌电积用阳极材料Pb-Ag

第42卷第5期(总第191期)2023年10月湿法冶金H y d r o m e t a l l u r g y ofC h i n a V o l .42N o .5(S u m.191)O c t .2023锌电积用阳极材料P b -A g/P b O 电化学性能研究黄艳芳1,2,杨 泽2,韩桂洪1,2,杨淑珍1,杨腾蛟3(1.郑州大学关键金属河南实验室,河南郑州 450001;2.郑州大学化工学院,河南郑州 450001;3.河南豫光锌业有限公司,河南济源 450041)摘要:研究了P b O 附着于P b -A g 极板表面对电极电化学性能的影响,通过一步电沉积法获得了P b -A g/P b O ㊁P b -A g /P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g /P b O -C o -M n4种复合阳极㊂通过X 射线衍射(X R D )和扫描电子显微镜(S E M )对电极表面形貌和结构进行表征㊂在模拟锌电积体系中,采用循环伏安曲线(C V )㊁阳极极化曲线㊁电化学交流阻抗谱(E I S )对电极电化学性能进行了测试㊂结果表明:P b O 呈片状团聚型结构,C o 和M n 掺杂后P b O 晶粒被细化,利于活性位点的充分暴露;相对于P b -A g 电极,沉积电极亲水性有效改善,利于多相反应的发生;相对于P b -A g 阳极,P b O 镀层阳极(包含C o ㊁M n 掺杂电极)具有一定的O E R 催化活性和更好的耐腐蚀性,在锌电积中展现出较低的槽电压㊂关键词:锌电积;阳极改性;金属掺杂;亲水性;电化学中图分类号:T F 813;T F 114;O 646.542 文献标识码:A 文章编号:1009-2617(2023)05-0537-09D O I :10.13355/j .c n k i .s f y j.2023.05.016收稿日期:2023-05-24基金项目:国家自然科学基金资助项目(U 2004215,U 22A 20130);河南省自然科学基金资助项目(232300421196);郑州大学求是科研启动基金(32213511)㊂第一作者简介:黄艳芳(1983 ),女,博士,副教授,主要研究方向为有色金属湿法冶金㊂通信作者简介:杨淑珍(1993 ),女,博士,副研究员,主要研究方向为冶金电化学㊂E -m a i l :ys z z z u @126.c o m ㊂引用格式:黄艳芳,杨泽,韩桂洪,等.锌电积用阳极材料P b -A g/P b O 电化学性能研究[J ].湿法冶金,2023,42(5):537-545. 锌电积过程是湿法炼锌工艺的最后一道工序,其过程能耗占湿法炼锌工艺流程的80%㊂控制锌电积过程能耗是发展低碳冶金的必然选择㊂锌电极过程能耗集中于反应槽电压,其中阳极的析氧反应(O E R )过电位对电流效率影响较大㊂目前,锌电积工业所用阳极材料以P b -A g 合金阳极为主,具有O E R 过电位适中㊁机械性强度高等特点㊂通过电极改性,改变电极电荷转移势垒,利用电催化反应加快电极和电解质界面上的电荷转移,可有效减小锌电积析氧过电位,进而降低过程能耗[1]㊂借鉴污水处理[2-4]㊁燃料电池[5-7]㊁微生物电合成[8-9]等诸多领域的电催化研究理论和技术,深入分析和认识锌电积过程析氧反应,对实现锌电积工业的低碳绿色发展具有较大意义㊂在实际应用中,受电解液环境影响,阳极板存在一定腐蚀问题,会降低阳极使用寿命,影响阴极产品品质㊂为改善该问题,可在阳极上镀P b O 2涂层,以防止基体与电解液直接接触㊂P b O 2具有良好的导电性㊁低析氧潜力,相对成本也较低㊂涂层表面的O E R 是一个多相催化反应过程[10-11],通过掺杂过渡金属可降低P b O 2涂层阳极的析氧过电位,不同氧化物颗粒掺杂剂的催化活性顺序为P b O 2+C o 3O 4>P b O 2+R u O 2>P b O 2+C o O x >P b O 2[12]㊂有研究表明,真空热压法所制备P b -P b O 2-C o 3O 4复合阳极具有优异的电催化活性和耐腐蚀性能[13],C o 3O 4掺杂可使沉积层粗糙,增加电极与溶液的接触面积[14]㊂在工业锌电积过程中,随电解反应进行,电解液中的铅㊁锰等离子易在阳极表面发生沉积,形成阳极副产物㊂P b O 是阳极板上常见的析出相之一,目前关于其对阳极反应具体影响的支撑数据很少㊂试验借鉴P b O 2镀层对P b 基阳极影响的研究方法和研究手段,通过一步电沉积法获得P b O 镀层P b -A g 电极,并研究金属离子钴和锰的Copyright ©博看网. All Rights Reserved.湿法冶金 2023年10月掺杂对电极表面形貌㊁电极表面的亲疏水性[15-16]和电化学性能的影响,以期为锌电积过程电极的改进提供技术参考㊂1 试验方法1.1 P b -A g 基体预处理通过恒电流密度一步电沉积法制备了P b -A g 基复合镀层阳极,共有4种:P b -A g /P b O ㊁P b -A g/P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g /P b O -C o -M n ㊂首先将P b -A g 板进行线切割裁切和预处理,工作面积2c mˑ2c m ,之后将基体上加载-1.2V 的电位并保持2h ,去除基体表面的氧化物和杂质,依次用1200#㊁2000#砂纸打磨其表面,直至出现明亮的金属光泽㊂将打磨过的基体浸入除油剂中,在40ħ下保持30m i n ,祛除表面油污,增强沉积层与基体的结合力㊂基体经过化学除油处理后用去离子水冲洗,保存在3%H C l 溶液中,备用㊂1.2 电沉积阳极的制备采用三电极体系,在电化学工作站上对阳极进行电镀,其中工作电极为P b -A g 板,辅助电极为石墨片电极,参比电极为饱和甘汞电极㊂制备P b O 镀层的镀液组成为:1m o l /LP b (N O 3)2和0.2m o l /L H N O 3溶液;制备P b O -C o 镀层的镀液组成为:1m o l /LP b (N O 3)2㊁0.1m o l /LC o (N O 3)3和0.2m o l /LH N O 3;制备P b O -M n 镀层的镀液组成为:1m o l /LP b (N O 3)2㊁0.1m o l /LM n (N O 3)2和0.2m o l /LH N O 3,制备P b O -C o -M n 镀层的镀液组成为:1m o l /LP b (N O 3)2㊁0.1m o l /LC o (N O 3)3㊁0.1m o l /L M n (N O 3)2和0.2m o l /L H N O 3㊂设定恒温磁力搅拌器参数,搅拌速率500r /m i n,温度35ħ,随后在电流密度20m A /c m2的条件下电沉积2h ㊂沉积完成后将样品取出,用去离子水冲洗表面,置于空气中干燥,得到P b -A g 基复合氧化物镀层阳极㊂1.3 物理、电化学性能表征镀层阳极的物相组成㊁微观形貌和元素分布分别采用X 射线衍射仪(X R D )㊁扫描电子显微镜(S E M )和能量色散X 射线谱仪(E D S )进行表征,镀层的疏水性能采用接触角测定仪测定㊂电化学性能分别采用阳极极化曲线㊁C V 曲线㊁T a f e l 曲线㊁E I S 曲线㊁槽电压曲线进行表征㊂试验仪器及设备见表1㊂表1 试验仪器及设备名称型号生产厂家电子天平A U X 220日本岛津公司恒温水浴磁力搅拌器D F -101S 常州万顺仪器制造有限公司超声波清洗仪K Q 3200昆山市超声仪器有限公司聚焦离子束扫描电镜A u r i g aS E M /F I BC r o s s b e a mS ys t e m 德国蔡司Z E I S S 有限公司C T 断层扫描X 射线衍射系统E m p y r e a nX -r a y d i f f r a c t i o n 荷兰帕纳科P A N a l y t i c a l 有限公司电化学工作站A u t o l a bP G S T A T 302N瑞士万通M e t r o h m 有限公司接触角测定仪J C 2000D C上海中晨数学技术设备有限公司电感耦合等离子体发射光谱仪I C PP R O X 美国赛默飞世尔科技公司2 试验结果与讨论2.1 物相组成P b -A g /P b O ㊁P b -A g /P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g/P b O -C o -M n 阳极的X R D 图谱如图1所示㊂由图1(a )看出:2θ分别为29.0ʎ㊁30.3ʎ和32.4ʎ时,P b -A g /P b O ㊁P b -A g /P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g /P b O -C o -M n 阳极均存在较为明显的衍射峰,与标准卡片中P b O (J C P D S#38-1477)的特征峰相对应;2θ分别为31.3ʎ㊁36.2ʎ㊁52.2ʎ和62.1ʎ时,对应的衍射峰与P b (J C P D S #04-0686)标准卡中的特征峰位置一致㊂由图1(b )看出:P b O 晶体的特征峰均向左偏移,这表明晶格常数变大,C o ㊁M n 成功掺杂在P b O 晶体中㊂由图1看出,镀层材料的衍射峰尖锐且清晰,说明其晶相结构良好㊂㊃835㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第42卷第5期黄艳芳,等:锌电积用阳极材料P b -A g /P b O电化学性能研究a 宽范围;b局部放大㊂图1 不同镀层阳极的X R D 图谱2.2 表面形貌为更好了解不同氧化物镀层在制备过程的结构变化,用S E M 分别对4种镀层的表面形貌进行分析,结果如图2所示㊂放大1000倍:a P b -A g ;b P b -A g/P b O ;c P b -A g /P b O -C o ;d P b -A g/P b O -M n ;e P b -A g/P b O -C o -M n ㊂放大5000倍:f P b -A g/P b O -C o -M n ㊂ 图2 不同镀层阳极的扫描电镜显微照片由图2(a )看出:P b -A g 基体较为平整,表面有一定粗糙度,适合作为镀层基体㊂复合P b O 镀层呈不规则的片状和针状结构[17-18]㊂由图2(b)看出:P b -A g /P b O 镀层阳极表面出现团聚现象,晶体堆叠不均匀㊂复合镀层的形貌多样性为反应提供更多可能性,但由于其复杂的空间力场,极易导致析氧反应过程电场分配不均匀,造成固-液界面上存在多重电势差,从而严重阻碍析氧反应进程㊂由图2(c )~(f )看出:经过C o ㊁M n 掺杂改性后,P b O的团聚现象消失,镀层变为疏松多孔结构,纳米颗粒转变为纳米棒结构㊂这种棒状和片状相结合的结构可增大镀层的反应空间,为电极反应提供更多活性位点,从而有效降低电极表面的电势差㊂2.3 E D S 元素分布表征在电沉积过程中,为探明C o 和M n 在镀层内部的掺杂情况,利用E D S 面扫对镀层表面的元素分布进行了表征,结果如图3所示㊂可以看出:未掺杂元素的P b -A g /P b O 阳极主要由P b ㊁O2种元素组成,P b -A g/P b O -C o 阳极由P b ㊁O ㊁C o3种元素组成,P b -A g /P b O -M n 由P b ㊁O ㊁M n3种元素组成,表明采用一步电沉积法可将C o /M n 有效地掺杂于电极中,且元素分布均匀㊂2.4 材料疏水性表征在液相中,表面亲疏水性是衡量镀层表面性能的重要指标,可通过测量镀层与水的接触角θ来判断㊂P b -A g ㊁P b -A g /P b O ㊁P b -A g /P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g /P b O -C o -M n 阳极接触角随时间的变化情况如图4所示㊂可以看出:P b -A g阳极因其表面具有疏水性而不易被润湿,与水的接触角在90s 内保持在119ʎ左右,其疏水性将在锌电积工艺中阻碍电极与电解质溶液全面接触,进而导致传质阻力增大;在P b -A g 阳极表面沉积P b O 镀层后,表面亲水性增强,P b -A g /P b O 阳极与水的接触角随时间延长而逐渐减小,90s 时的接触角为73ʎ;通过恒电流密度法电沉积制备的P b -A g /P b O -C o 和P b -A g /P b O -M n 阳极亲水性能最优,P b -A g /P b O -C o 阳极与水接触时,随接触时间延长,接触角从0s 时的83ʎ减小至90s㊃935㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.湿法冶金 2023年10月的44.2ʎ;P b -A g /P b O -M n 阳极在接触瞬间,接触角就达35.7ʎ,随润湿时间推移,接触角继续减小,在30s 时达29.1ʎ,90s 时达26.3ʎ㊂P b -A g/P b O -C o -M n 阳极的亲水性优于P b -A g/P b O 阳极,而又不及P b -A g /P b O -C o 阳极和P b -A g /P b O -M n 阳极㊂该表现可能和阳极表面形貌有直接关系:对比P b -A g /P b O -C o 阳极和P b -A g /P b O -M n 阳极可知,P b -A g /P b O -C o -M n 阳极表面针状和片状结构更加复杂,导致其亲水性降低㊂在锌电积过程中,亲水电极能与水快速接触,使电极表面活性位点充分暴露在反应液中,降低电解过程的传质阻力㊂同时,氧气从电极表面脱附时,受界面亲疏水性影响,脱附速度也会受到影响,亲水性越好,氧气脱附速度越快㊂图3 P b -A g /P b O (a )㊁P b -A g /P b O -C o (b )和P b -A g/P b O -M n (c )阳极的E D S分析结果图4 P b -A g 基阳极表面与水的接触角随时间的变化情况㊃045㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第42卷第5期黄艳芳,等:锌电积用阳极材料P b -A g /P b O 电化学性能研究2.5 阳极极化曲线P b -A g ㊁P b -A g /P b O ㊁P b -A g /P b O -C o ㊁P b -A g/P b O -M n ㊁P b -A g/P b O -C o -M n 阳极在50g /L Z n 2++150g /L H 2S O 4中的阳极极化曲线和Ta f e l 斜率如图5所示,电流密度在40~60m A /c m 2范围内的阳极析氧反应过电位和T a f e l 斜率对比结果见表2㊂a 阳极极化曲线;b T a f e l 斜率㊂图5 P b -A g 基阳极的LS V 测试结果表2 P b -A g 基阳极的析氧反应性能对比结果阳极过电位/(m V@50m A ㊃c m -2)T a f e l 斜率/(m V ㊃d e c-1)P b -A g 1107239P b O1105276P b O -C o 1082310P b O -M n1028288P b O -C o -M n1014573由图5看出:在50g /L Z n 2++150g /LH 2S O 4溶液中,P b -A g /P b O ㊁P b -A g /P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g/P b O -C o -M n 阳极在50m A /c m 2时的析氧反应过电位分别为1105㊁1082㊁1028和1014m V ㊂相较于P b -A g 阳极,C o 掺杂和M n 掺杂电极的过电位都有所降低,这与掺杂后电极表面晶粒被细化相关;M n 掺杂材料降低幅度更大,原因可能和M n 掺杂电极亲水性更强相关;在较低电流密度条件下(ɤ50m A /c m2),C o ㊁M n 共掺杂的析氧过电位最低,电催化活性最好,说明C o 和M n 的掺杂对电极活性改善具有协同作用;但电流密度较大时,电极反应受反应物浓度扩散影响变大,电极亲疏水性则起到更大作用,因此,P b -A g /P b O -M n 在较高电流密度下表现出更高的催化活性㊂掺杂C o 和M n 都会导致T a f e l 斜率增大,表明电势变大时,析氧反应过电位增速变缓,析氧过程变化平稳㊂2.6 循环伏安曲线绘制P b -A g ㊁P b -A g /P b O ㊁P b -A g /P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n 和P b -A g/P b O -C o -M n 阳极在50g /LZ n 2++150g /L H 2S O 4溶液中不同扫速下的循环伏安曲线(电压测试范围为0.62~1.82V (v s .R H E )),以及1.23V (v s .R H E )电位下的扫描速率-电流密度关系及双电层电容拟合曲线,结果如图6所示㊂在非法拉第电势范围内,取中间电位下的氧化电流密度和还原电流密度,将两者的算数平均值与相应的扫描速率作线性回归曲线,拟合曲线的斜率即为双电层电容C d l (图6(f )),计算公式为j =j a +j c 2=C d ld φd t=常数㊂式中:j a ㊁jc 氧化曲线电流密度和还原电流密度,m A /c m 2;Cd l 双电层电容,m F /c m 2;φ 扫描速率,m V /s㊂由图6看出:P b -A g /P b O ㊁P b -A g/P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g/P b O -C o -M n 阳极的双电层电容依次升高,P b -A g /P b O -C o -M n 的C d l 最大,为0.118m F /c m 2,P b -A g /P b O ㊁P b -A g/P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n 的C d l 分别为0.108㊁0.109㊁0.111m F /c m 2㊂相较于纯P b -A g 阳极,4种镀层阳极的双电层电容变大;根据双电层电容和电化学活性面积(E C S A )的关系可知,P b -A g/P b O -C o -M n 的E S C A 最大,说明P b -A g/P b O -C o -M n 可为电化学反应提供更多活性位点㊂㊃145㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.湿法冶金 2023年10月图6 不同扫速下P b -A g 基阳极的循环伏安曲线(a ~e )㊁扫描速率-电流密度关系及双电层电容拟合曲线(f )2.7 交流阻抗曲线为进一步探究所制备镀层阳极在工业应用中的性能,在50g /LZ n 2++150g /LH 2S O 4工业电解液中测试了电化学和电催化性能㊂借助电化学工作站测定P b -A g /P b O ㊁P b -A g/P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g /P b O -C o -M n 阳极的电化学阻抗,结果如图7所示㊂利用N o v a 2.1.3软件添加电路元件进行电路等效拟合,如图7中插图所示,其中R s 代表电池内阻,R c t 代表电荷传递阻抗,C P E 代表等效电容,拟合参数见表3㊂图7 P b -A g 基阳极的电化学阻抗谱表3 P b -A g 基阳极的电化学阻抗拟合结果阳极R s /m ΩR c t /ΩC P EY 0/(m Ω㊃sn )NP b -A g 56269.562.670.523P b O73256.539.960.735P b O -C o 81457.647.130.618P b O -M n78852.337.400.775P b O -C o -M n79551.148.910.889由图7看出:4种镀层阳极的N y qu i s t 图相似,高频区的准半圆半径反映了腐蚀过程的电荷转移速率[19]㊂经过电路等效拟合可知,相对于P b -A g 阳极,4种镀层电极均具有较低的电荷传递阻抗㊂P b -A g /P b O -M n 和P b -A g/P b O -C o -M n 阳极的N y q u i s t 图准半圆直径较小,R c t 分别为52.33㊁51.14Ω,较P b -A g 阳极分别降低17.23㊁18.42Ω,这表明P b -A g /P b O -M n 和P b -A g/P b O -C o -M n 阳极在锌电积体系中电荷转移速率较快[20-22]㊂㊃245㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第42卷第5期黄艳芳,等:锌电积用阳极材料P b-A g/P b O电化学性能研究2.8T a f e l极化曲线在锌电积模拟电解液(50g/LZ n2++150g/L H2S O4)中,对P b-A g㊁P b-A g/P b O㊁P b-A g/P b O-C o㊁P b-A g/P b O-M n㊁P b-A g/P b O-C o-M n阳极进行极化曲线测试,扫描速率为10m V/s,电化学测试结果如图8所示㊂利用N o v a2.1.3软件对测试结果进行拟合,得到阳极自腐蚀电流密度和电位数据[23],结果见表4㊂图8P b-A g基阳极的T a f e l曲线表4P b-A g基阳极的T a f e l拟合参数阳极b a/(m V㊃d e c-1)b c/(m V㊃d e c-1)E c o r r/V i c o r r/(m A㊃c m-2)R p/ΩP b-A g303101-0.01563.5102ˑ10-493.25 P b O2621420.03051.1995ˑ10-4333.70 P b O-C o2151360.04096.9990ˑ10-5518.32 P b O-M n2331940.10794.4094ˑ10-51046.50 P b O-C o-M n2791770.10697.2833ˑ10-5647.48由表4看出:4种镀层阳极的i c o r r为(0.4409~1.1995)ˑ10-4m A/c m2,相对于P b-A g电极的i c o r r明显降低,耐腐蚀性增强㊂由图8看出:纯P b-A g阳极的自腐蚀电位(E c o r r)低于4种镀层阳极,其中P b-A g/P b O和P b-A g/P b O-C o的E c o r r分别为0.0305V和0.0409V,掺杂M n后的P b-A g/P b O-M n和P b-A g/P b O-C o-M n阳极的E c o r r 明显提高,分别达0.1079㊁0.1069V,腐蚀倾向更小,耐腐蚀性能更加优异,这说明M n的掺杂改性对于镀层具有结构强化作用㊂2.9锌电积槽电压分析为评估P b-A g/P b O-C o㊁P b-A g/P b O-M n㊁P b-A g/P b O-C o-M n㊁P b-A g/P b O阳极在长时间锌电积过程中的稳定性和能耗情况,采用计时电位法记录并绘制7200s锌电积模拟试验过程中槽电压随反应时间的变化曲线,结果如图9所示㊂通过I C P-O E S测定模拟试验结束后电解液中总铅㊁总钴㊁总锰离子质量浓度,结果见表5㊂图9P b-A g基阳极槽电压随反应时间变化曲线表5P b-A g基阳极在锌电积过程溶出的金属离子质量浓度阳极槽电压/Vρ(总P b)/(m g㊃L-1)ρ(总C o)/(m g㊃L-1)ρ(总M n)/(m g㊃L-1) P b-A g3.3107.39--P b O3.2653.97--P b O-C o3.2624.550.00-P b O-M n3.2593.06-0.00P b O-C o-M n3.2235.420.000.00由图9㊁表5看出:P b-A g基阳极对应的槽电压曲线都呈降低趋势㊂在电解初始阶段,由于锌电积过程处于激活状态,电压开始急剧下降㊂随着锌在阴极析出,整个体系趋于稳定,槽电压也趋于稳定㊂㊃345㊃Copyright©博看网. All Rights Reserved.湿法冶金 2023年10月P b -A g 阳极槽电压稳定在3.310V ,P b -A g/P b O ㊁P b -A g /P b O -C o ㊁P b -A g /P b O -M n ㊁P b -A g/P b O -C o -M n 阳极槽电压有所下降,分别为3.265㊁3.262㊁3.259㊁3.223V ,电压大小规律和线性极化曲线所得结果一致㊂由表5还可看出:纯P b -A g 作为阳极时,体系中铅质量浓度为7.39m g /L ,镀层阳极体系铅含量明显降低,这与电极腐蚀电化学测试结果一致,说明P b O 镀层(包含C o ㊁M n 掺杂镀层)可增强电极的耐腐蚀性;其中,P b -A g /P b O -M n 阳极体系中铅离子质量浓度为3.06m g /L ,相对P b -A g电极体系降低50%以上,耐腐蚀性最佳㊂3 结论通过一步电沉积法可获得P b /A g-P b O 阳极,通过表征分析其物理化学性能,揭示了P b O 镀层对P b -A g 电极的电化学性能的影响规律㊂结论如下:1)P b O 镀层改变了P b /A g 电极的表面形貌和亲疏水特性㊂P b -A g/P b O 阳极表面呈多孔的层状和片状结构,镀层中C o 或/和M n 元素的掺杂使电极表面颗粒分散性增强;镀层显著增强了极板亲水性,特别是M n 掺杂后,接触角降为35.7ʎ,利于电极表面O E R 的发生㊂2)P b O 镀层对P b /A g 电极电化学性能具有积极影响㊂相对于P b -A g 阳极,P b O 镀层阳极具有较好的O E R 催化活性和耐腐蚀性,可降低锌电积的槽电压;镀层中M n 的掺杂显著降低了锌电积过程铅的浸出浓度,进一步增加了电极的催化活性和耐腐蚀性㊂可以推测,实际锌电积过程中,阳极表面P b O 及P b O -M n 的沉积对降低槽电压和提高电极耐腐蚀性有利,可通过在P b /A g 阳极表面镀P b O 降低锌电积能耗㊂参考文献:[1] S E H Z W ,K I B S G A A R DJ ,D I C K E N SCF ,e t a l .C o m b i n i n gt h e o r y a n d e x p e r i m e n ti n e l e c t r o c a t a l y s i s :i n s i g h t s i n t o m a t e r i a l sd e s i gn [J ].S c i e n c e ,2017,355(6321).D O I :10.1126/s c i e n c e .a a d 4998.[2] L I N H ,N I UJ ,D I N G S ,e ta l .E l e c t r o c h e m i c a l d e gr a d a t i o n o f p e r f l u o r o o c t a n o i c a c i d (P F O A )b y T i /S n O 2-S b ,T i /S n O 2-S b /P b O 2a n d T i /S n O 2-S b /M n O 2a n o d e s [J ].W a t e r R e s e a r c h ,2012,46(7):2281-2289.[3] 胡大波,杜聪,邱玉.电催化氧化技术深度处理染料废水研究[J ].中国资源综合利用,2016,34(7):34-36.[4] 徐浩,李晓良,张林,等.钛基体P b O 2电极对脱附浓缩液的电催化降解[J ].西安交通大学学报,2017,51(3):92-97.[5] X I ABY ,Y A N Y ,L IN ,e t a l .A m e t a l -o r ga n i c f r a m e w o r k -d e r i v e db i f u nc t i o n a l o x y g e n e l e c t r o c a t a l y s t [J ].N a t u r e E n e r g y,2016,1(1):1-8.[6] N ØR S K O VJK ,R O S S M E I S LJ ,L O G A D O T T I R A ,e t a l .O r i g i no f t h eo v e r p o t e n t i a l f o ro x y ge nr e d u c t i o na taf u e l -c e l l c a t h o d e [J ].T h eJ o u r n a lo fP h y s i c a lC h e m i s t r y ,2004,108(46):17886-17892.[7] 蒋鑫,尤欣敏,赵志刚.质子交换膜燃料电池用P t -A g -C o /C 催化剂的耐久性研究[J ].贵金属,2015,36(4):9-14.[8] R A B A E Y K ,R O Z E N D A LRA.M i c r o b i a l e l e c t r o s yn t h e s i s :r e v i s i t i n g t h ee l e c t r i c a l r o u t e f o rm i c r o b i a l p r o d u c t i o n [J ].N a t u r eR e v i e w sM i c r o b i o l o g y ,2010,8(10):706-716.[9] 孙杨,王黎,李洋洋,等.微生物电催化转化反应器(B E C R )转化C O 2合成有机化合物[J ].环境化学,2017,36(7):1657-1663.[10] S U E N N T ,HU N GSF ,Q U A N Q ,e t a l .E l e c t r o c a t a l ys i s f o r t h e o x y g e ne v o l u t i o nr e a c t i o n :r e c e n td e v e l o p m e n t a n d f u t u r e p e r s p e c t i v e s [J ].C h e m i c a lR e v i e w s ,2017,46(2):337-365.[11] R E I E R T ,O E Z A S L A N M ,S T R A S S E RP .E l e c t r o c a t a l yt i c o x y ge n e v o l u t i o n r e a c t i o n (O E R )o n R u ,I r ,a n d P t c a t a l y s t s :ac o m p a r a t i v es t u d y o fn a n o p a r t i c l e sa n db u l k m a t e r i a l s [J ].A C SC a t a l ys i s ,2012,2(8):1765-1772.[12] H U E TF ,M U S I A N I M ,N O G U E I R A R P .E l e c t r o c h e m i c a ln o i s e a n a l y s i so fO 2e v o l u t i o no nP b O 2a n dP b O 2-m a t r i x c o m p o s i t e s c o n t a i n i n g Coo rR uo x i d e s [J ].E l e c t r o c h i m i c a A c t a ,2003,48(27):3981-3989.[13] Z HA N GJ ,X U R ,Y U B ,e t a l .S t u d y o nt h e p r o pe r t i e sof P b -C o 3O 4-P b O 2c o m p o s i t e i n e r t a n o d e s p r e p a r e d b y v a c u u mh o t p r e s s i ng t e ch ni q u e [J ].R S C A d v a n c e s ,2017,7(78):49166-49176.[14] Z HA OJ ,Z HUC ,L UJ ,e t a l .E l e c t r o -c a t a l y t i c d e gr a d a t i o n o f b i s p h e n o lA w i t hm o d i f i e dC o 3O 4/β-P b O 2/T i e l e c t r o d e [J ].E l e c t r o c h i m i c aA c t a ,2014,118:169-175.[15] T A H I R M ,P A N L ,I D R E E S F ,e ta l .E l e c t r o c a t a l yt i c o x y g e n e v o l u t i o n r e a c t i o n f o r e n e r g y co n v e r s i o n a n d s t o r a g e :ac o m p r e h e n s i v er e v i e w [J ].N a n oE n e r g y,2017,37:136-157.[16] S C HMA C H T E LS ,T O I M I N E N M ,K O N T T U R IK ,e t a l .N e w o x y g e ne v o l u t i o na n o d e sf o r m e t a le l e c t r o w i n n i n g :M n O 2c o m p o s i t e e l e c t r o d e s [J ].J o u r n a l o f A p p l i e d E l e c t r o c h e m i s t r y,2009,39(10):1835-1848.[17] A B A C I S ,P E KM E ZK ,H ÖK E L E K T ,e t a l .I n v e s t i ga t i o n o fs o m e p a r a m e t e r si n f l u e n c i n g e l e c t r o c r ys t a l l i s a t i o n o f P b O 2[J ].J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s ,2000,88(2):232-236.[18] C AM P B E L LSA ,P E T E R L M.As t u d y of t h ee f f e c to f d e p o s i t i o nc u r r e n t d e n s i t y o f t h e s t r u c t u r eo f e l e c t r o d e po s i t e d ㊃445㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第42卷第5期黄艳芳,等:锌电积用阳极材料P b-A g/P b O电化学性能研究α-P b O2[J].E l e c t r o c h i m i c aA c t a,1989,34(7):943-949.[19] L IG,A N D E R S O N L,C H E N Y,e ta l.N e wi n s i g h t s i n t oe v a l u a t i n g c a t a l y s t a c t i v i t y a n d s t a b i l i t yf o r o x yg e ne v o l u t i o n r e a c t i o n s i n a l k a l i n e m e d i a[J].S u s t a i n a b l eE n e r g y&F u e l s,2018,2(1):237-251.[20] K I S S I M,B O U K L A H M,H AMM O U T I B,e t a l.E s t a b l i s h m e n to fe q u i v a l e n tc i r c u i t sf r o m e l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c es p e c t r o s c o p y s t u d y o fc o r r o s i o ni n h i b i t i o n o fs t e e l b yp y r a z i n e i ns u l p h u r i ca c i d i cs o l u t i o n[J].A p p l i e dS u r f a c eS c i e n c e,2006,252(12):4190-4197. 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扣式锌银二次电池电解液性能的研究

扣式锌银二次电池电解液性能的研究
showed that the Zinc anode with the electrolyte prepared by adding zinc oxide, Iithium hydroxide, potassium fluoride, potassium
perfluorobutanesulfonate, and zinc chlormethanesulfonate has the smallest outgassing volume, which was 0. 11 mL / 20 d. The
小,对电池的副反应气体的冗余度极小。 析气是影响口式电池
循环性能的关键问题。 大多方式是通过改善锌负极和电解液
来延长电池的循环寿命,而电解液添加剂一般为重金属离子或
有机表面活性剂 [2] 。
在电解液中添加氧化锌、氢氧化锂、氟化钾、全氟丁基磺酸
钾、三氟甲烷磺酸锌等添加剂,制备不同组分的电解液。 研究
不同组分的电解液对电池循环寿命的影响。
potassium fluoride, potassium perfluorobutanesulfonate, and zinc chlormethanesulfonate to the electrolyte. The amount of the
generated gas of the syntesized zinc anode was measured. And the cycle life of the composed XR41 battery was studied. The result
[ 2 ] MCBREEN J, GANNON E. Bismuth oxide as an additive in
pasted zinc electrodes[ J] . Journal of Power Sources,1985,15

水系锌离子电池及关键材料研究进展

水系锌离子电池及关键材料研究进展

第49卷第7期2021年7月硅酸盐学报Vol. 49,No. 7July,2021 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.20210161 水系锌离子电池及关键材料研究进展戴宇航,甘志伟,阮雨杉,安琴友,麦立强(武汉理工大学,材料复合新技术国家重点实验室,武汉 430070)摘要:水系锌离子电池作为一种新型二次离子电池,因其低成本、高安全、环境友好以及高功率密度等特点,在大规模储能等领域具有广阔的应用前景。

以本课题组在水系锌离子电池领域的研究成果为基础,结合国内外同行的最新研究工作,主要从正极材料、负极材料和电解液3个方面系统性地总结了水系锌离子电池的研究进展,凝练出当前该领域电池循环寿命短等瓶颈问题并提出了“单相反应机制”等解决思路,最后对高能量密度、高安全、长寿命水系锌离子电池未来的研究和发展方向进行了展望。

关键词:水系锌离子电池;正极材料;锌金属负极;电解液中图分类号:TB321 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2021)07–1323–14网络出版时间:2021-06-25Research Progress of Aqueous Zinc Ion Batteries and Their Key MaterialsDAI Yuhang, GAN Zhiwei, RUAN Yushan, AN Qinyou, MAI Liqiang(State Key Laboratory of Advanced Technology For Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology,Wuhan 430070, China)Abstract:As a new type of secondary ion battery, aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) showed a promising application prospect in the field of large-scale energy storage, due to their low cost, high safety, environmental friendliness and high-power density. In this article, the research progress of AZIBs will be summarized from three aspects, including cathode materials, anode materials and electrolytes. Furthermore, the bottlenecks such as the short cycle life of batteries in this research area will be identified, while the respective possible solutions such as “single-phase reaction mechanism” will be proposed. Finally, an outlook on future research and development directions for AZIBs with high energy density, high safety and long cycle life will be offered as a conclusion. Keywords: aqueous zinc-ion batteries; cathode materials; zinc metal anode; electrolyte随着人类社会的不断发展,能源供给的大幅度增加和环境污染的日益严重成为亟需解决的两大问题。

反相微乳法制备纳米V_2O_5

反相微乳法制备纳米V_2O_5
12 反 相微 乳法制 备纳米 v O . 2
好, 已被广 泛用 于硫 酸生产 、 氧化物 的选择 性催 化还 氮 原 及众 多 化工原 料 的合 成 , 其 制备 成 纳 米 材 料所 产 将 生 的小 尺 寸效应 、 表面 与界 面效应 、 子尺寸 效应 和宏 量
准确称 取 C AB 2 5g 正辛 烷 1 . 、 性 偏 钒 T . 、 2 0g 碱 酸铵 溶液 4 0g依 次加 入到 1 0mL四 口烧瓶 中 , . 5 然后 将 混 合物 置于水 浴锅 中 , 在恒 温 7 O℃条 件下高 速搅 拌

目 l
・20 Oo

了 V: 。 O 的骨 架特 征峰 , 中 1 2 m- 处 的 吸收峰 对 其 0 0c 1 应 于 V=0键 的伸 缩振 动 , 6 m 处 的吸 收峰 对 应 4 4c
于 V=0 键 的弯 曲振 动 ,7 m 处 V— O—V 键 的 6 2c

磐1 0 0 0
2 0 5o
T 00 2 0 l0 5o
l0 Oo
离子 的运 动速 度减 慢 , 电导 率反而 下降 ; 随着增 溶碱性
偏 钒酸 铵 水量 的进 一步增 加 , 溶液 开始慢 慢变 浑浊 , 体 系 由双连 续 型转变 为 O W 型 , l 连续 相 为 水相 , 电导 率 再次升 高 。因此 , 可确 定 制 备 钒 微 晶 w/ 微 乳 体 系 O
作 者在 此采 用 十六 烷 基 三 甲基 溴 化 铵 ( T ) C AB /
活性剂 、 表面 活性剂 及 油 相 , 上 操作 , 备 稀 硫 酸 助 按 制 反相微 乳 液( ) B 。将 A 液 与 B液 混合 并 轻 微 搅 拌 1 0 a n 待反 应 完 成 后 , 所 得 微 乳 液 体 系 陈化 一 定 时 ri , 将

功能高分子材料在锌负极保护中的应用

功能高分子材料在锌负极保护中的应用

Vol. 35 No. 6功 能 高 分 子 学 报2022 年 12 月Journal of Functional Polymers493文章编号: 1008-9357(2022)06-0493-16DOI: 10.14133/ki.1008-9357.20220103001功能高分子材料在锌负极保护中的应用张馨壬, 曲昌镇, 苏延霞, 张秀海, 刘兴蕊, 邱玉倩, 王洪强, 徐 飞(西北工业大学材料学院,凝固技术国家重点实验室,纳米能源材料研究中心,西安710072)摘 要: 水系锌离子电池因安全性高、成本低廉、环境友好等优点,在大规模储能等领域展现出广阔的应用前景。

然而,锌负极与电解液界面处存在严重的枝晶生长和副反应等问题,严重制约了其实际应用。

功能高分子材料具有丰富可调的功能基团、快速传导锌离子的能力、优异的柔韧性、良好的成膜与黏附性等优势,是应用于锌负极保护的一类重要材料。

本文综述了功能高分子材料应用于锌负极保护的最新研究进展,并对其未来的发展进行了展望。

关键词: 锌负极;锌枝晶;功能高分子;涂层;水系锌离子电池中图分类号: O63 文献标志码: ARecent Progress of Functional Polymers for Zinc Anodes ProtectionZHANG Xinren, QU Changzhen, SU Yanxia, ZHANG Xiuhai, LIU Xingrui, QIU Yuqian, WANG Hongqiang, XU Fei (State Key Laboratory of Solidification Processing, Center for Nano Energy Materials, School of Materials Science and Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China)Abstract:Aqueous zinc ion batteries deliver the merits of high safety, abundant resources, low cost and environmental friendliness, thus exhibiting broad application prospects in large-scale energy storage system. However, serious dendrite growth and side reactions occur at the Zn anode/electrolyte interphase, giving rise to the poor cycling life and Coulombic efficiency. These problems severely hinder the practical applications of zinc ion batteries. Therefore, constructing of suitable protective layers is one of the most important pathways to inhibit zinc dendrite and side reactions like hydrogen evolution, benefiting from their ability to isolate the zinc anode from the electrolyte while allowing rapid Zn2+ migration and facilitating uniform electrodeposition. Functional polymers show potentials as promising Zn anode protective layers, owing to their adjustable functional groups, rapid Zn2+ conduction, excellent flexibility, good film-formation and adhesion. This review summarizes the progress of functional polymers serving as zinc protective layers, and finally presents a perspective on the future development in this field.Key words: zinc anode; zinc dendrite; functional polymer; coating layer; aqueous zinc ion battery在双碳目标的加持下,新型电化学储能正迎来全新的发展机遇。

水系锌离子电池:金属锌负极研究进展

水系锌离子电池:金属锌负极研究进展

76% 和 80% ꎬ而使.
除了有机添加剂以外ꎬ某些无机添加剂例如金属离子也可以改变电极的导电性ꎬ优化电流分布ꎬ从
而起到抑制枝晶生长的作用. K. E. K. Sun 等 [15] 利用硫酸铟、氧化锡和硼酸作为无机添加剂加入到电解
液中. 合成的锌负极的晶型主要以(002) 和(103) 晶面为主ꎬ在电沉积锌的过程中有效减少了锌枝晶的
成难溶性的 ZnO 或 Zn( OH) 2 等副产物覆盖在电极表面ꎬ这会导致在锌负极表面出现大量的枝晶生长
和钝化ꎬ从而导致快速的容量衰减和低的库仑效率ꎬ阻碍了水溶液锌离子电池的实际应用. 更严重的是ꎬ
随着循环次数增加ꎬ锌枝晶的形成会引起电池短路ꎬ甚至造成灾难性的安全隐患 [5] . 为了解决锌负极的
出出色的容量保持能力.
10
吉林师范大学学报( 自然科学版)
第 42 卷
图 2 ( A) 含有机添加剂与不含有机添加剂锌负极的 XRD 谱图ꎻ( B) 含有机添加剂与不含有机添加剂锌负极的 SEM 图
像ꎻ( C) 有机添加剂锌负极电池及商品化锌箔的循环性能对比 [14]
Fig. 2 ( A) XRD results of zinc anode with and without organic additivesꎻ( B) SEM images of a zinc anode containing
(820 mAhg - 1 或 5 855 mAhcm - 3 ) 和相对较低的氧化还原电势( - 0. 76 V) 在实际应用中显示出巨
大的潜力 [3] . 此外ꎬ水系电解液可以提供比有机电解液高 100 ~ 1 000 倍的离子电导率ꎬ因此 AZIBs 具有
快速充放电和高功率输出特点 [4] . 然而ꎬ充放电过程中ꎬ锌离子在金属锌负极表面会反复溶解和沉积生

水系锌电放电深度

水系锌电放电深度

水系锌电放电深度
水系锌电池的放电深度受到多种因素的影响,包括电池的结构、电解质、电极材料等。

根据安徽大学胡海波教授课题组的研究,在水系锌电阳极保护方面取得了新进展。

他们通过实验证明,在放电深度5%时,组装的Zn||Zn对称电池电镀/剥离循环耐久性超过1000小时,相同条件下,纯硫酸锌电解液只能实现135h的循环寿命。

这项工作不仅揭示了HP调节和界面锌电镀/剥离化学稳定之间的相关性,而且对如何选择有效的添加剂来优化稀释盐电解质以在ZMA上进行无枝晶沉积以提高全AZMBs的能量效率提供了理论指导。

此外,中南大学资源循环研究院也在水系锌基储能领域取得了进展。

某研究团队针对锌负极循环寿命较短、难以支撑高倍率及高深度放电的问题,提出了电容性的载流子富集策略,采用简单的方式在锌负极表面构筑了碳纳米管保护层(CNTguard-Zn),利用具有电容特征的CNTs实现了载流子(锌离子、电子)的富集,大幅度提高了锌离子传质过程中的动力学,从而实现了超高倍率下稳定的锌沉积/溶解。

CNTguard-Zn可以支撑高达97%DOD的放电深度以及50mAcm-2超高电流密度下1000次的稳定循环。

1。

水系锌离子电池电极界面修饰及性能研究共3篇

水系锌离子电池电极界面修饰及性能研究共3篇

水系锌离子电池电极界面修饰及性能研究共3篇水系锌离子电池电极界面修饰及性能研究1水系锌离子电池电极界面修饰及性能研究锌离子电池是电化学储能器件中备受瞩目的一种,它具备高能量密度、低成本、可再生等优点,成为备受关注的电化学储能技术之一。

而电极界面的修饰对锌离子电池的性能具有决定性的影响。

本文从电极材料的选择、表面修饰和电池性能优化等方面综述近年来水系锌离子电池电极界面的修饰及性能研究进展。

1. 电极材料的选择电极材料的选择是决定电极界面性能的重要因素。

常用的锌离子电池电极材料包括碳材料、金属氧化物、二元化合物等。

其中,碳基材料具有较高的电导率、较好的化学稳定性和可控性,被广泛应用于锌离子电池中。

而金属氧化物具有较高的理论容量、较好的电化学性能和热稳定性,被视为潜在的锌离子电池电极材料。

最近,有研究者利用共沉淀法制备锌钛氧和锌锰氧化物等多元氧化物作为锌离子电池电极材料,取得了良好的电化学性能。

2. 表面修饰电极材料的表面修饰可以改善材料的电化学性能和循环稳定性。

常用的表面修饰方法包括离子注入、负载金属或金属氧化物、化学氧化、电化学氧化等。

特别是对于碳材料,通过表面修饰可以引入不同的官能团,如氧化物、羟基、羰基等,从而改善其电导率、增强电化学性能。

例如,有研究利用硝酸处理碳纳米管表面,引入的羟基官能团和氧化官能团在电化学性能上发挥了重要的作用,使材料具有更好的循环稳定性和更高的容量。

3. 电池性能优化电极界面的优化可以提高锌离子电池的电池性能。

电池性能主要包括比能量、比容量、循环稳定性等指标。

提高锌离子电池的能量密度是目前锌离子电池研究的重点。

有研究者通过结构优化、表面修饰等手段,在碳纳米管、多元氧化物等电极材料中获得了较高的比能量和比容量,并优化了电化学稳定性。

但是,锌离子电池的容量衰减问题仍然存在,需要进一步研究材料和电极界面的微观机制,理解电极材料和电极界面的相互作用,以实现锌离子电池性能的持续提升。

潜心水系电池探索_推进新型储能应用——记郑州大学物理学院教授李新亮

潜心水系电池探索_推进新型储能应用——记郑州大学物理学院教授李新亮

创新之路66潜心水系电池探索 推进新型储能应用——记郑州大学物理学院教授李新亮 张 闻 谢明昊 能源是人类社会发展的动力。

近年来,随着全球“碳达峰、碳中和”发展目标的确定,基于可再生能源利用的大规模储能和新能源汽车的普及推广也成为发展的必然趋势,人们对于安全、环保、高能量密度、低成本电池的需求愈加迫切,这也对科学家们探索新一代电池提出了更高的要求。

在这一背景下,水系锌离子电池因为高安全、低成本和环境友好等特性被认为是极具潜力的可持续储能技术之一。

郑州大学物理学院教授李新亮的研究方向就与这一领域密切相关。

多年如一日,李新亮脚踏实地投身在科研工作中,在水系电池/卤素电池储能体系,以及电磁波吸收/屏蔽器件研发中取得了一系列创新性科研成果。

“有幸的是,我的个人研究兴趣与国家战略发展需求相契合,为此攻坚克难,求是担当。

”他说。

脚踏实地,一步步走上科研道路凡事都要脚踏实地去做,为之则易,不为则难。

李新亮的科研之路更像是大多数普通学子的写照。

2011年他考入郑州轻工业大学物理与电子工程专业,储能方向的研究在当时并不算热门。

大学阶段,他怀揣梦想的同时,感受到更多的是迷茫。

随着对于储能研究的深入学习,李新亮逐渐发现这一领域的科研成果是切切实实能够落地进行应用转化的。

为了能够更深入学习相关领域的科研知识,本科毕业后他又相继在西北工业大学、香港城市大学攻读硕士和博士学位。

也正是在之后的阶段,他遇到了对自己科研生涯有着重要影响的殷小玮教授、支春义教授。

李新亮直言,自己本科毕业后经历了一段迷茫的时期,正是在硕士生导师殷小玮教授的指导下,将研究方向定在了抗辐射材料,一步步走上了科研的道路。

在香港城市大学期间,李新亮在博士生导师支春义教授的指导下,将抗辐射材料研究与储能课题相结合,开展安全储能和柔性可穿戴电子相关的研究,以服务于国家在民用和重要领域的潜在需求。

除此之外,攻读硕博学位期间,两位导师给李新亮提供了十分自由的科研环境,让他能够发挥自己的主观能动性,在兴趣的驱使下不断探索前行。

锌镍二次电池锌负极的研究

锌镍二次电池锌负极的研究

锌镍二次电池锌负极的研究
锌镍二次电池是一种常用的充电电池,它的主要原理是充电时将锌负极的锌质质子通过电池室里的质子电解质转变为中和盐离子,同时在此过程中产生电压,放电时将盐离子转变为锌质质子,释放出电能。

因此,锌镍二次电池的研究与锌负极的性能密不可分。

此外,锌负极有一个重要特征,就是它的内聚力。

当电解质蒸发时,电解质中的锌质质子会在电极表面形成一层氢氧化锌膜,而这层膜具有良好的结合性能,它可以有效的防止电极的氧化,从而延长电池的使用寿命及保证电池的安全性。

针对这一问题,国内外有许多研究者致力于改善锌负极性能。

目前,研究者们主要采用两种方法。

首先,在锌负极的制备中采用单晶结构,使锌负极具有良好的导电性能,从而提高电池的耐久性能。

其次,开发新的负极材料。

研究者们认为碳纳米管和石墨烯具有优异的导电性能,可以在大部分温度范围内保持稳定的极性,同时还可以有效的降低组件的内阻。

由于科技的不断进步,新型材料已被开发出来,如氧化锌/碳复合物、氧化锌/铁氧体复合物、氧化锌/钛复合物等等。

这些新型材料具有良好的力学性能和电学性能,可以有效的改善锌负极的性能,从而让锌镍二次电池发挥出最大的性能。

本文综述了锌镍二次电池的研究,特别是锌负极的性能研究。

研究表明,传统的锌负极材料具有一定的局限性,可以采用单晶结构及新型材料来改善其电学性能及力学性能,从而提高电池的使用寿命及
安全性。

未来,应该进一步深入研究,探索更多的新型材料,以满足不断发展中的电子技术要求。

锌离子混合超级电容器的研究和应用

锌离子混合超级电容器的研究和应用

摘要构建和制造高功率和高能量密度、长寿命、绿色无污染的新型电化学能源系统对现代社会的发展具有重要意义。

传统的储能设备主要包括电池和超级电容器,但是它们各自的缺陷限制了其进一步发展,例如电池的功率密度低和循环稳定性差,超级电容器的能量密度低。

超级电容器-电池型混合超级电容器(SBHSC)是一种典型的由高倍率电容型电极和大容量电池型电极构成的储能器件,由于兼具电池和超级电容器的优点而受到广泛关注。

水系锌离子混合超级电容器(ZHSC)作为其中的一种,以其高性能、低成本、安全环保等优点成为目前研究的热点之一。

ZHSC的发展不仅取决于合适的电极材料,还取决于优越的储能系统结构。

因此,需要对这两方面进行更深入的研究,以进一步提高ZHSC的性能,满足人们在储能领域的需求。

本文两个工作的具体内容如下:(1)这个工作以三维多孔还原氧化石墨烯(rRO)气凝胶为骨架,制备了MXene-还原氧化石墨烯(MXene-rRO)气凝胶。

具有独特多孔骨架结构的MXene-rRO气凝胶不仅在很大程度上阻止了MXene纳米片的堆积,而且赋予了该气凝胶高亲水性和良好的导电性。

首次采用多孔三维MXene-rRO气凝胶正极、锌箔负极和2摩尔ZnSO4电解质制备了MXene-rRO//ZnSO4//Zn ZHSC。

结果表明,MXene-rRO2//ZnSO4//Zn ZHSC具有优异的电化学性能,最大比电容为129 F g-1(0.4 A g-1),能量密度为35 Wh kg-1(280 W kg-1)。

更重要的是,在电流密度为5 A g-1时,经过75000次充放电循环后,电容保持率仍高于初始电容的95%。

这为利用其它三维多孔的正极材料开发高性能的ZHSC提供了新的思路。

(2)这个工作与前面的工作相比,对ZHSC的器件结构进行了创新。

以二维层状的二硫化钛插层/脱层电池型电极代替传统的锌箔电极作为负极,与活性炭电容型正极和2摩尔ZnSO4电解质组装到一起制备了TiS2//ZnSO4//AC ZHSC。

水系锌离子电池_负极_mof_解释说明

水系锌离子电池_负极_mof_解释说明

水系锌离子电池负极mof 解释说明1. 引言1.1 概述水系锌离子电池是一种新兴的储能技术,在可再生能源存储和移动电源方面具有广泛应用前景。

作为水系锌离子电池中的关键部分,负极材料起着储存和释放锌离子的重要作用。

近年来,金属有机框架材料(MOF)作为一种新型负极材料引起了广泛关注。

1.2 文章结构本文主要围绕水系锌离子电池负极材料中的MOF展开研究。

首先介绍水系锌离子电池以及MOF材料的基本概念和特性,然后探讨在水系锌离子电池负极中应用MOF的实际状况。

接下来解释了水系锌离子电池负极MOF的原理机制,并对相关实验研究和结果进行分析。

随后讨论了影响水系锌离子电池负极MOF性能的因素包括MOF材料结构与性能关联性研究、外部条件对MOF 负极性能的影响、提高MOF 负极稳定性和可循环使用性的方法与探索。

最后对本文进行了总结,并展望了未来水系锌离子电池负极MOF研究的发展方向。

1.3 目的本文旨在系统阐述水系锌离子电池负极材料中MOF的相关研究进展,探讨其在能源存储领域的应用前景。

通过深入分析水系锌离子电池负极MOF的原理机制、性能影响因素以及存在问题,为进一步优化设计新型高效水系锌离子电池提供科学依据,并促进该领域的研究与发展。

2. 水系锌离子电池负极MOF2.1 水系锌离子电池简介水系锌离子电池是一种基于水溶液的电解质体系和锌金属作为负极材料的可充电电池。

相较于传统的锂离子电池,水系锌离子电池具有更高的安全性、低成本和良好的环境友好性。

2.2 MOF材料的基本概念和特性MOF(金属有机框架)是一类由金属离子或金属团簇与有机配体之间构筑而成的晶态材料。

其具有多孔结构、高度可调性以及丰富的功能化官能团等特点,能够提供良好的储氧、储氢和吸附分离能力。

2.3 MOF作为水系锌离子电池负极的应用MOF作为水系锌离子电池负极材料,具有巨大潜力。

首先,MOF材料可以实现高度可调性设计,通过合理选择配体和金属离子实现对其孔径大小和形状以及电荷输运性能等进行调控。

水系锌离子电池用钒基正极材料的研究进展

水系锌离子电池用钒基正极材料的研究进展

水系锌离子电池用钒基正极材料的研究进展一、本文概述随着全球对可再生能源和环保技术的需求日益增长,水系锌离子电池(ZIBs)作为一种绿色、安全、高效的储能设备,近年来受到了广泛关注。

作为水系锌离子电池的重要组成部分,正极材料的研究对于提升电池性能具有至关重要的意义。

在众多正极材料中,钒基正极材料因其独特的物理化学性质,如丰富的价态、高的理论容量和良好的结构稳定性,被认为是水系锌离子电池正极材料的理想选择。

本文旨在综述钒基正极材料在水系锌离子电池中的研究进展,包括其种类、合成方法、性能优化等方面,以期为钒基正极材料的进一步研究与应用提供参考。

本文将介绍钒基正极材料的基本性质和研究背景,阐述其在水系锌离子电池中的重要地位。

将详细综述不同类型的钒基正极材料,包括钒氧化物、钒酸盐、钒硫化物等,以及它们的合成方法和结构特点。

在此基础上,将重点讨论钒基正极材料在水系锌离子电池中的电化学性能,包括容量、循环稳定性、倍率性能等,并分析其性能优化的策略和方法。

将展望钒基正极材料在水系锌离子电池中的未来发展方向和应用前景,以期为推动水系锌离子电池技术的进步和可持续发展做出贡献。

二、钒基正极材料概述钒基正极材料作为水系锌离子电池的重要组成部分,近年来受到了广泛的关注和研究。

这类材料以其高能量密度、良好的环境友好性和相对较低的成本,在水系锌离子电池领域具有巨大的应用潜力。

钒基正极材料主要包括钒氧化物、钒酸盐、钒硫化物等。

其中,钒氧化物以其高理论容量和稳定的晶体结构成为研究的热点。

例如,五氧化二钒(V2O5)因其独特的层状结构,能够允许锌离子快速嵌入和脱出,展现出较高的电化学性能。

钒酸盐如钒酸锂(LiV3O8)和钒酸铵(NH4V3O8)等也因其良好的离子传导性和结构稳定性被广泛应用于水系锌离子电池中。

然而,钒基正极材料在实际应用中也面临一些挑战,如导电性差、离子扩散速率慢等问题。

为了解决这些问题,研究者们通过纳米结构设计、元素掺杂、表面修饰等手段对钒基正极材料进行改性。

水系锌离子电池正极材料

水系锌离子电池正极材料

水系锌离子电池正极材料
水系锌离子电池正极材料是指锌离子电池中正极材料,通常由氧化物、金属锌或碳材料组成。

氧化物正极材料是水系锌离子电池正极材料中最主要的。

氧化物正极材料是由一种氧化物,如锌氧化物、锰酸锌、氧化锌或氧化锰等,与一种碳材料,如石墨、碳纤维或碳纳米管等,组成的复合材料。

氧化物正极材料的性能受到氧化剂的种类和性能、结构及组成特性的影响。

氧化剂的种类和性能决定了氧化物正极材料的电子传输能力,结构及组成特性决定了氧化物正极材料的电极反应及能量释放机制。

目前,研究表明,氧化物正极材料的性能可以通过改变氧化剂的种类和性能、结构及组成特性等来改进。

此外,金属锌或碳正极材料也是水系锌离子电池正极材料的重要组成部分。

金属锌正极材料是由金属锌负极反应所形成的锌酸根离子,其电极反应可以改善水系锌离子电池的性能。

碳正极材料是由碳材料组成的复合材料,其可以提高水系锌离子电池的容量和功率密度。

总而言之,水系锌离子电池正极材料是由氧化物、金属锌或碳材料组成的复合材料,其性能受到氧化剂的种类和性能、结构及组成特性的影响。

水系锌离子电池正极材料的发展,将为可再生能源领域的应用提供更多的机会。

水系锌离子电池原位xrd装置

水系锌离子电池原位xrd装置

水系锌离子电池原位xrd装置(原创实用版)目录1.水系锌离子电池的概述2.原位 XRD 装置的简介3.水系锌离子电池与原位 XRD 装置的结合4.原位 XRD 装置在水系锌离子电池研究中的应用5.结论正文一、水系锌离子电池的概述水系锌离子电池是一种新型的可充电电池,其具有良好的环境友好性、高安全性和低成本等优点。

在水系锌离子电池中,锌离子作为正极材料,负极材料通常为氧化物或金属。

在水系锌离子电池的充放电过程中,锌离子在正负极之间进行迁移,实现电能的储存和释放。

然而,水系锌离子电池在实际应用中仍面临一些挑战,如高倍率长循环寿命正极材料的缺乏、负极锌枝晶的形成等。

为了解决这些问题,研究人员需要探索高电压、高容量且结构稳定的正极材料,以及寻找抑制锌枝晶生长的策略。

二、原位 XRD 装置的简介原位 XRD(X-ray Diffraction)装置是一种用于实时观察材料在特定条件下结构变化的实验设备。

通过原位 XRD 装置,研究人员可以在电池充放电过程中对电极材料的结构变化进行实时监测,从而深入理解电池的储能过程和电极反应动力学。

原位 XRD 装置的主要组成部分包括 X 射线源、样品台、探测器和数据处理系统等。

在实验过程中,X 射线源照射样品台,样品台中的样品在X 射线照射下产生衍射信号,探测器收集衍射信号并传输给数据处理系统,最终得到样品的结构信息。

三、水系锌离子电池与原位 XRD 装置的结合将原位 XRD 装置应用于水系锌离子电池研究,可以实时观察电池在充放电过程中的结构变化,从而揭示电极材料的微观结构演变规律和电极反应动力学。

这对于优化电池性能,提高电池的充放电效率和循环寿命具有重要意义。

四、原位 XRD 装置在水系锌离子电池研究中的应用原位 XRD 装置在水系锌离子电池研究中的应用主要包括以下几个方面:1.实时监测正极材料的结构变化,以探究其在充放电过程中的体积膨胀和收缩行为,以及相应的电极反应动力学。

Nb2O5基纳米电极材料的制备及电化学性能研究

Nb2O5基纳米电极材料的制备及电化学性能研究

Nb2O5基纳米电极材料的制备及电化学性能探究专业品质权威编制人:______________审核人:______________审批人:______________编制单位:____________编制时间:____________序言下载提示:该文档是本团队精心编制而成,期望大家下载或复制使用后,能够解决实际问题。

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219432416_一种复配型电解液添加剂对锌离子电池性能的影响*

219432416_一种复配型电解液添加剂对锌离子电池性能的影响*

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·76·2023年第12期文章编号:2095-6835(2023)12-0076-03一种复配型电解液添加剂对锌离子电池性能的影响*黄美红,潘梦鹞,王锋,甘俊旗,黄维(广东工贸职业技术学院,广东广州510510)摘要:水系锌离子电池由于它独特的优点,如较高的理论容量(820mAh/g)、低氧化还原电位和锌金属阳极的高电位,引起了研究人员的广泛关注。

然而,轻度酸性环境中的锌枝晶生长、腐蚀及氢的释放,导致库仑效率低,电池循环性能差。

针对电池在循环过程中存在副反应和枝晶生长的问题,将一种复配型添加剂加入电解液中,探究它对锌离子电池性能的影响。

由于各种成分添加剂的协同作用,锌负极表面具有良好的平整性和结晶细致性。

含有添加剂的Zn//Zn对称电池可在2000h内提供良好的循环稳定性,且过电位较低;随着电流密度的增大,电压并没有出现大的波动,即使在10mA/cm2的大电流密度下,电解液仍然显示出相对较小的电压滞后;在1.0A/g的电流密度下,添加剂能够有效提高电池的放电比容量和库仑效率;全电池在各种倍率下稳定性良好,并且即使在5.0A/g的大电流密度下,仍然具有125mAh/g的比容量。

提出的复配型添加剂方法具有很多优点,为锌电池和其他金属电池电解液的制备提供了一条新的途径。

关键词:电解液;添加剂;锌离子电池;电化学性能中图分类号:TM912文献标志码:A DOI:10.15913/ki.kjycx.2023.12.022锂离子电池在商业领域占据主导地位,然而全球锂资源短缺,以及人们对安全问题的日益关注,限制了它们的进一步大规模发展应用。

因此,发展替代能源迫切需要成本更低、安全性更高的存储系统。

可持续水系可充电金属离子电池和非金属载体电池已迅速建立。

其中,水系锌离子电池由于它独特的优点,如较高的理论容量(820mAh/g)、低氧化还原电位和锌金属阳极的高电位,引起了研究人员的广泛关注[1]。

五氧化二钒(V_(2)O_(5))在锌离子电池中的应用进展

五氧化二钒(V_(2)O_(5))在锌离子电池中的应用进展

五氧化二钒(V_(2)O_(5))在锌离子电池中的应用进展
万欣;张楠楠;赵丽萍;姜晓蕾;胡芳东
【期刊名称】《河南化工》
【年(卷),期】2024(41)1
【摘要】锌离子电池具有本征安全性、低成本和高倍率特性,是一种极具竞争力的绿色储能装置。

层状五氧化二钒(V_(2)O_(5))理论比容量和能量密度高,在优化储锌性能方面具有重要意义。

然而,V_(2)O_(5)电子导电率低,在工作过程中,常常会受到电化学性能衰减的困扰。

从复合材料、表面包覆、离子掺杂及层间插层四个常用改性方法进行了综述。

并对未来促进Zn/V_(2)O_(5)性能提升及应用进行了展望。

【总页数】5页(P31-35)
【作者】万欣;张楠楠;赵丽萍;姜晓蕾;胡芳东
【作者单位】临沂大学化学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ135.11;TQ152
【相关文献】
1.高温退火五氧化二铌晶体的电化学性能与其在锂离子电池中的应用
2.聚吡咯@二氧化锰/碳纳米管薄膜电极的制备及在高性能锌离子电池中的应用
3.钒基氧化物在水系锌离子电池中的应用进展
4.二氧化钛涂层改性锌负极及其在水系锌离子电池中的应用
5.V_(2)O_(5)@rGO纳米材料的制备及其在水系锌离子电池中的应用
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应 ; S ) S ; 桥氧键的不对称伸缩和对称伸缩振 动W EVD ,: S ( 吸收峰是 ; T ) 双键弯曲振动引起的 W 而 !!MM ,: S ( 和 (!=M ,: S ( 附近的吸收峰是炔氢键 的特征峰 C 可见 F 红外光谱中出现了 ;< )= 和乙炔黑
和红外光谱 ( 分析表明 % 这是一 采用溶胶 1 凝胶法合成了一种 2) 34 5 6 复合材料 7 扫描电镜 ( 89*) :;<=)
种外层 2) 34 胶体包覆内层乙炔分子的多孔复合材料 7 以 2) 34 5 6 作正极 % 锌片为负极 % >? # 6@3( $ ) 溶液为电解 和电化学阻抗谱 ( 等方法研究发现 & 2) 34 & 6 质量比为 /& / 时电 质组成水相锌二次电池 % 采用循环伏安 ( 62) 9<8) 极具有最好的电化学性能 % 电池开路电压达 /7 A( 2B >?) C 能分别在 /7 0/ 2 和 /7 )A 2 处分步嵌入 2) 34 5 6 结构 中 D、 E 两种位置 % 其嵌入电流密度峰值最高可达 F0 GD・ H I / % 并且具有较好的循环充放电性能 B 在一定放电深 度下 % 2) 34 5 6 电极反应速率受 >?) C 的扩散过程控制 7 关键词 & 锌二次电池 % ;J/F(% 正极材料 % 3A(A 2) 34 % 嵌入 % 电化学性能
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物理化学学报 # !"#$ %"&’"( )"(*&+ $ ,-.& /0123 450$63 7$83 % !""#$ !% # ! $ & !!" ’ !()
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水相锌二次电池正极材料 &!’# ( ) 的电化学性能研究
陶斌武 刘建华 李松梅 赵
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# 北京航空航天大学材料科学与工程学院 % 北京 摘要
中图分类号 &
2) 34 是一种层状结构的金属氧化物 % 近年来已 成为二次电池研究的热点之一 % 尤其是由 2)34 制 备的锂离子二次电池正极材料 % 具有高电压、 大比 容量、 高循环性能、 资源丰富等优点 T /14 U 7 锌是使用 最早、 最广泛的一种负极材料 % 具有比能量高、 价格 低廉、 资源丰富等特点 7 由于锌的离子半径 ( 07 0F( 只比锂的离子半径 ( 稍大 % 且外层 ! 9 ?G) 07 0A" ?G) 电子使之具有较大的变形性 % 因而锌离子也具备在 2 ) 3 4 晶格中进行嵌入 5 脱出的条件 7 周家宏等 人 T F1" U 的研究证实了 2) 34 作为正极材料组成锌二次
!. ?
电化学性能测试 采用三电极体系 F 电池的正极作为工作电极F 负
极接辅助电极 F A+ > A+< B 电极用作参比电极 C 循环 伏安实验在 G29’& <D! 型恒电位仪 ( HIJIF 美国 ) 上进行 C 电化学阻抗测试在 ?KLDDMN 电化学工作 站 上 进 行 F 扰 动 信 号 幅 值 为 O = :;F 频 率 范 围 为 MC M( P (MM QKRC 本文涉及的所有电位值均对应于 A+ > A+< B 电极电位 C 所有实验均在室温下进行 C
图! &’() !
阳离子在 "# $% 凝胶结构中的嵌入位置示意图 *+,-./0’+1 23 ’41-50’24 1’0-1 ’4 "# $% (-6 1057+075-
峰位置分别为 ,* ,- ’ 和 ,* !. ’* 经理想简化后 & ’+ /0 可以看作一种类似 123+ 的 层状结构 4 ’ 原子与 0 个氧原子形成畸变的正棱锥 配合 & 然后与第 . 个氧原子形成弱 ’ 5 / 作用 & 构成 锯齿层状排列结构 & 如图 " 所示 & 其中最长的 ’ 5 / 键与 $" 平面垂直 * 这种层状结构允许小阳离子嵌 入 到层 间 & 且 仅引 起 层间 距的 增 加而 不会 对 层内 ’ 5 / 键产生大的影响& 形成嵌入化合物 * 通过 对 62 7 、 89+ 7 在 ’+ /0 正极材料中的嵌入行为研究 & :2;2<( 和 ?@A@BCA 等 人 发 现 层 状 ’+ /0 结 构 中 存在 D、 E 两种不同的空间位置 & 可供 62 7 、 89+ 7 等
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