摘要：多硫化物(LiPSs)的穿梭效应和迟缓的氧化还原动力学严重阻碍了锂硫电池的发展。鉴于此,本工作制备了一种负载于掺氮多孔碳(NPC)基体上的超细α-MoC纳米晶材料MoC/NPC,并通过调控碳源和钼源比例优化了碳对MoC纳米晶的限域作用。适当的MoC纳米晶尺寸和NPC含量的MoC/NPC对LiPSs具有最强的吸附作用并能够充分暴露亲硫反应活性位点,从而在有效抑制穿梭效应的同时加速Li2 S沉积形核的反应动力学。最优产物MoC/NPC-12(碳源与钼源的质量比为12)用作硫载体且负载量约1.2 mg·cm^(-2)时,表现出良好的倍率性能(4C,634.4 mAh·g^(-1))、高放电比容量(0.2C,1203.9 mAh·g^(-1))以及优异的循环稳定性(1C倍率下循环400次的每圈容量衰减率仅为0.093%)。当硫负载量增加到3.8 mg·cm^(-2)时,MoC/NPC-12@S的初始放电面容量为4.7 mAh·cm^(-2)。本工作为锂硫电池催化剂载体材料的合理设计和优化提供了参考。

摘要：锂离子电池(LIBs)作为目前使用最广泛的二次电池,绝大多数以理论比容量较低的石墨(372 m Ah/g)为负极,已无法满足人们日益增长的对电池储能性能的要求。金属锂因其超高的理论比容量(3 860 m Ah/g)和最低的还原电势(-3.04 V,相比于氢标准电极)被看作是下一代高能量密度可充电锂电池最理想的负极材料。尤其是当金属锂与硫、氧组成锂-硫或锂-氧电池体系时,其理论能量密度远超锂离子电池,受到研究者的广泛关注。然而,库伦效率低和稳定性差一直是限制锂金属电池商业化应用的关键因素。当金属锂直接用作电池负极时,其易与电解液反应,在其表面形成一层脆弱的固态电解质中间相(SEI)膜。电池循环时,负极体积膨胀会破坏SEI膜,诱导锂枝晶和“死锂”形成,造成不可逆的容量损失。此外,锂枝晶生长至一定程度后会刺穿隔膜,导致电池内部短路甚至发生爆炸,引发严重的安全问题。为了解决上述问题,研究者们在锂金属负极失效机制、结构设计及界面强化等方面进行了许多探索。一些研究枝晶生长的理论模型如Chazalviel-Brissot模型、Yamaki模型和静电屏蔽模型等已受到广泛认可。在此基础上,研究者们尝试通过设计三维集流体、表面改性集流体以及构筑原位或人工SEI膜的方式来抑制锂枝晶生长和缓解体积效应,并取得了一定成果。本文系统地介绍了几种典型的锂金属负极失效机制,着重总结了近年来研究者们在锂金属负极结构设计和界面强化方面的研究进展,最后分析了锂金属电池研究中仍存在的问题并给出了一些建议,以期为早日实现锂金属电池的商业化应用提供参考。

摘要：设计并制备含有长周期堆垛有序结构(LPSO)的Mg_(94)Cu_4Y_2储氢合金,研究了合金在吸放氢过程中组织的转变机制以及吸放氢动力学性能。结果表明,Mg_(94)Cu_4Y_2合金主要由Mg、Mg2Cu和高度固溶Cu、Y元素的含18R及14H型的LPSO组成。LPSO在首次吸氢过程中分解,并原位生成均匀的(MgH_2+MgCu_2+YH_3)纳米复合组织。在随后的脱氢和吸放氢循环中,合金主要通过Mg/MgH_2反应实现吸放氢。细小均匀分布的Mg2Cu和YH_2对Mg/MgH_2的催化作用,使该合金表现出较优良的吸放氢动力学特性。

摘要：环境污染与温室效应的日益严重促进了清洁二次能源的发展与利用。具有高能量密度、环境友好等特性的锂离子电池成为最佳的储能载体。但当温度低于0℃时,传统石墨负极难嵌锂,电池性能急剧恶化,且低温充电时易析锂引发安全问题。为了满足锂离子电池的低温应用需求,通过改变电解液成分使其熔点降低,并调节SEI成分与去溶剂化过程,能够降低电荷转移阻抗,但石墨负极的本质属性使其低温应用受到限制。为从根源上解决锂离子电池低温性能差的问题,需要寻找具有适中工作电位、高离子扩散能力、高容量的新型负极材料替代传统石墨负极。嵌入式负极材料中,钛酸锂和二氧化钛具有较好的低温与倍率性能,但能量密度较低,应用范围受到限制,研究重点在于进一步挖掘其低温高倍率能力,使其应用在较为恶劣的服役环境中。合金的嵌锂反应在低温下较易进行,并且能够提供较高容量,其是极具潜力的锂离子电池低温负极材料,可以通过复合结构设计与表面改性提升其低温性能与循环寿命。基于转化反应的负极材料通常具有较高的赝电容效应,较快的表面反应受温度的影响较小,能够在低温下实现快速的充放电,通过纳米结构设计等方法能够进一步增强材料的赝电容效应。尽管Na、K、Mg等新型金属离子电池能量密度较低,但资源丰富,并且本征低温性能优于锂离子电池,在寻找与之适配的负极材料后有望成为重要的低温储能器件。本文根据金属离子在负极材料中的存储方式来分类,综述了低温锂离子电池以及新型金属离子电池负极材料的研究进展,并展望了低温负极材料的发展趋势。

摘要：电解水与一次可再生能源耦合,可同时提供洁净制氢方式与先进的能源转化技术,有望在未来清洁能源经济中扮演重要角色,而实现这一美好愿景的关键在于研发高活性、低成本的析氢/析氧电催化材料。二硫化钼(MoS_(2))是颇具代表性的非贵金属析氢电催化材料,纵观其研究历程,先导性理论预测与材料设计、先进制备与表征技术的应用均在改性研究中发挥了至关重要的作用,这也从一个侧面折射出当代电催化剂的研究模式与发展趋势。本文按照重要发现与进展的时间顺序,梳理了MoS2析氢电催化剂的发展历程,重点论述了增多边缘活性位、提高导电性、构筑基面活性位等改性策略的实施方法、效果与机理,最后从全领域总结了MoS_(2)析氢电催化剂的研究启示并展望其未来发展趋势。

摘要：自便携式电子设备以及电动汽车问世后,锂离子电池储能设备已经难以满足当前的生活与生产需求.锂离子电池作为商业储能设备市场的主要占有者,正朝着更高的能量密度、更长久的使用寿命以及更高的安全性能等方向发展.虽然通过提高锂离子电池的截止电压可以达到提升电池重量密度和体积密度的效果,但电池体系在高电压下将非常不稳定,这将导致锂离子电池的循环性能迅速衰减.同时,大量的电解液分解产物的堆积,导致电池的界面阻抗上升.另一方面,气体的生成形成了电池的安全隐患.本文针对高电压电解液的溶剂设计和电解液添加剂设计两个方面,回顾了过去一段时间里高电压电解液的发展.根据当前的理论研究基础,提出了高比能锂离子电池电解液的设计重心和未来该领域的主要研究方向.

摘要：层状过渡金属氧化物是目前最具潜力的钠离子电池正极材料之一,因其理论容量较高且易于合成受到了广泛关注。旨在综述钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展。首先简要概述了层状过渡金属氧化物材料的结构特点及目前存在的不足,介绍了P2相和O3相层状过渡金属氧化物的钠离子配位构型及传输路径;此外,针对充放电过程中存在不可逆相变、空气敏感性高、电化学性能有待提高等问题,从组分调控、结构设计及表面包覆三类改性方法入手,总结了P2、O3相层状过渡金属氧化物近几年的改性研究成果;最后,对钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的产业化发展前景及潜在研究方向进行了展望。

摘要：锂离子电池商用负极石墨由于低的理论比容量(372 mA·h/g)无法满足日益增长的高能量密度需求。锗负极材料凭借更高的理论比容量(约为1600 mA·h/g)被认为是一种很有前途的材料。但锗基负极材料在充放电过程中存在巨大的体积变化,使得其电化学性能差。因此,设计并制备了一种独特的锗基复合材料,该材料的合成首先采用溶剂热法制备有机-无机杂化Ge-Fe-O_(x)/EDA纳米线,接着进行多巴胺包覆,随后通过高温焙烧在内部原位生成Fe Ge/FeGe_(2)合金相和表面形成碳包覆,从而制得了限域封装的Ge/FeGe/FeGe_(2)@C纳米线铁锗合金负极。这种独特的结构有效提升锗负极材料的导电性和抑制体积变化,因此复合材料展现出优异的倍率性能(当电流密度为5 A/g时,放电比容量为450 mA·h/g)和良好的长循环稳定性(在电流密度为1 A/g条件下循环400圈后,放电比容量为547 mA·h/g)。

摘要：直接将活性物质沉积于集流体上形成的薄膜负极材料对电极性能的改善和新材料体系的探索,以及薄膜锂离子微电池的应用研究具有重要的意义.本文对近十几年来锂离子电池薄膜负极材料的研究进展作了回顾与评述,结合本实验室的研究工作,着重总结了具有高能量密度的Si,Sn基合金及其氧化物,以及各类过渡金属氧化物薄膜负极的制备方法、微观结构设计和性能改善等方面的研究进展.对于纯Si薄膜负极,设计纳米晶、非晶以及微纳结构的膜层可有效改善电极的结构稳定性和循环性能;合金化与成分调控可明显提升Si基和Sn基合金薄膜负极的导电性和循环稳定性,但非活性金属组元的添加降低了合金薄膜电极的可逆容量;纳米复合结构Sn基氧化物薄膜负极具有良好的循环稳定性,但存在的首次不可逆容量大的问题有待解决;大部分纳米结构过渡金属氧化物薄膜可同时具备高容量和良好的循环性能,但其较高的嵌锂/脱锂电位会降低电池体系的能量密度.最后,本文特别指出,高能量密度薄膜负极的实用化仍面临挑战,提高薄膜锂离子电池性能必须不断探索新型电极材料体系、高电导率固态电解质及微电池一体化集成技术.

摘要：镁基材料是极具发展前景的低成本高容量可逆储氢材料。为改善氢化镁的热力学和动力学性能,本文提出了利用调制结构中的晶内特殊有序结构与成分分布特性来调控镁基材料的储氢热力学和动力学。设计并制备了含有长周期堆垛有序结构(LPSO)的三元Mg-TM(Ni,Cu)-Y储氢合金,利用半共溅射方法设计制备了双组元调制结构Mg-TM(Ti,Zr,Ni)储氢薄膜,比较研究了三组元Mg-TM-Y型中LPSO与双组元Mg-TM调制结构镁基储氢合金的吸/放氢反应规律。研究结果为设计新型镁基材料提供了新的结构调控思路。