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关键词： 二维TiO2   二维杂化材料   钠离子电池   扩散   第一性原理  

摘要： 二维TiS2是一种具有较大应用前景的钠离子电池负极材料.然而，二维TiS2负极材料钠离子扩散动力学性能不佳大大限制了其在钠离子电池领域的大规模应用.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，探究了二维TiO2/TiS2杂化单层上钠原子吸附和扩散的热力学和动力学性质.研究结果表明，二维TiO2/TiS2杂化单层结构具有较高的动力学和热力学稳定性.此外，钠原子倾向于吸附在二维TiO2/TiS2杂化单层硫-硫-氧穴位(S-S-O)的顶部，沿穴位-钛顶位-穴位方向(H1CC-TT-H1C′C)具有较低的扩散能垒(0.19 eV).与纯相二维TiS2单层相比，钠原子更容易在二维TiO2/TiS2杂化单层上迁移.本文通过对钠原子在二维TiO2/TiS2杂化单层上的结构稳定性、优选吸附位点和扩散路径的全面研究，揭示了二维TiO2/TiS2杂化单层的结构性质和钠输运特性，为设计高性能的钛基钠离子电池负极材料提供了理论支撑.

关键词： 钠离子电池   储能技术   产业化  

摘要： 随着电动汽车普及和大规模储能应用,锂离子电池将面临资源短缺的问题。钠离子电池作为一种新型二次化学电源,具有资源丰富、成本低廉、能量转换效率高、循环寿命长、安全性高、高低温性能优异、高倍率充放电性能良好、维护费用低等优势,在大规模电化学储能和低速电动车领域有望与锂离子电池形成互补。目前国内外已开始对钠离子电池进行产业化相关布局,钠离子电池已经具备了大规模产业化的市场条件和技术条件。

关键词： 钠离子电池   软碳   结构构建   负极   存储机制  

摘要： 钠离子电池(SIBs)较商用锂电池而言，具有成本低、资源丰富、倍率性能及低温性能好、安全性高的特点，引起研究界的广泛关注。软碳相比硬碳材料，含碳量更高、成本更低，更具备商业化潜能，但软碳材料存在高温碳化后易石墨化，层间距缩小，不利于钠离子储存的问题。本文综述了近年来软碳材料在钠离子电池负极上的应用进展，首先总结了软碳材料的基本结构以及储钠机理，在此基础上，着重从多孔结构调变、杂原子掺杂、软硬碳复合、交联结构构建四个方面总结了软碳材料结构的优化策略，其中多孔结构调变中介绍了模板碳化法、前驱体结构形成法、物理/化学活化法等方式；杂原子掺杂中介绍了氮、磷、硫原子以及多原子掺杂的改性效果及方法；软硬碳复合中介绍了直接碳化法、热分解法以及NH3处理法等多种复合方法；交联结构构建又分为氧化处理和引入化学交联剂两种方式，并总结了软碳材料最新改性研究进展。最后，对每种结构优化策略进行了利弊分析，并对其未来发展方向进行展望，以期为开发更高效的软碳负极材料提供理论支持。

关键词： 工业尺寸SOFC   GDC隔离层   水热原位生长   电解质   界面  

摘要： 氧化钆掺杂氧化铈(GDC)隔离层是固体氧化物燃料电池(SOFC)的重要组成部分，可以有效地阻止高性能阴极La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)和Y0.16Zr0.84O2-δ(YSZ)电解质之间的副反应。但通过传统湿法陶瓷技术制备的GDC隔离层致密度低、厚度大，不仅不能有效阻止Sr等元素的扩散，还会增大电池的欧姆阻抗；而先进镀膜技术虽可以制备超薄致密的GDC隔离层，但其工业成本高，推广应用困难，对于非平板型电池电解质表面的适应性较差。在前期研究工作中，提出了一种制备致密GDC隔离层的新方法，通过水热原位生长在阳极支撑体的YSZ电解质表面成功生长了超薄致密的GDC隔离层，制得的单电池也具有良好的电化学性能。在此基础上，将水热溶液体积规模放大60倍，在10cm x 10cm级工业尺寸阳极支撑单电池YSZ电解质表面成功制备了0.7 μm厚的连续致密GDC隔离层，构建了GDC/YSZ双层电解质，显著降低了单电池面电阻，提高了输出性能。在720 ℃，单电池在0.7 V工况的输出功率达到了61.6 W，实现了工业尺寸SOFC单电池致密GDC隔离层的低成本制备和SOFC单电池高性能输出，验证了水热原位生长技术的工业应用可行性。

关键词： 磺酰氯   金属氯化物-石墨插层化合物   插层强化过程   负极材料   钠离子电池  

摘要： 金属氯化物-石墨插层化合物具有导电性优异，石墨层间距大等特点，可用作钠离子电池负极材料。然而，在传统金属氯化物插层石墨过程中，不可避免的用到氯气，既增加了实验操作的风险，也对实验设备提出更高要求。基于上述原因，本文创新性地使用SO2Cl2作为氯源，以促进BiCl3插层石墨。该方法不仅有效提高了BiCl3插层效率，也避免了直接使用氯气带来的安全性风险。采用该方法所合成的三氯化铋-石墨插层化合物(BiCl3-GICs)的层间距为1.26 nm,BiCl3插层含量高达42 wt.%。以其为负极材料，组装的钠离子电池具有高的比容量(213 mAh g-1at 1 A g-1)和优异的倍率性能(170 mAh g-1at 5 A g-1)。此外，原位拉曼光谱表明，首圈放电后石墨与插层的BiCl3相互作用减弱，该过程有效促进了钠离子在石墨层内的存储。最后，采用该方法可成功制备多种类型金属氯化物-石墨插层化合物，为开发高性能储能材料提供了可行思路。

关键词： 钠离子电池   层状氧化物   锰酸钠   掺杂   淬火  

摘要： 作为钠离子电池正极材料，锰基层状氧化物具有理论储钠容量高、成本低和热稳定性高等优点，但也存在因结构畸变、Na+/空位有序以及过渡金属空位等带来的循环稳定性问题。研究表明，抑制过渡金属空位可有效提升锰基层状氧化物正极的电化学性能。为此，本工作对比研究了溶胶凝胶制备过程中高温淬火对Na0.67Fe1/3Co1/3Mn1/3O2(NFCMO)结构和性能的影响。结果表明，相比于未经高温淬火处理的NFCMO，高温液氮淬火合成的NFCMO-LN具有更高的比容量和倍率性能。NFCMO和NFCMO-LN在0.1 C下的初始放电比容量分别为91.1和129.8 mAh g-1；1 C倍率下循环100周后的容量保留率分别为100%和90%。即使在10.0 C的高倍率下，NFCMO-LN仍能提供56.2 mAh g-1的放电比容量。结构分析表明，高温液氮淬火能有效抑制过渡金属空位的产生，提升了材料的结构稳定性。研究结果为钠离子电池正极材料的结构设计和电化学性能优化提供了一种可行的技术途径。

关键词： 钠离子电池   层状氧化物正极   O3-NaNi   Fe   Mn   O   Mn位Ce取代  

摘要： O3型NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2因其成本低、理论容量高和易于合成的优点而被认为是最具前景的钠离子电池正极材料之一，然而其循环稳定性差仍然是一个需要解决的主要问题。本研究将Ce取代材料晶格中的Mn，发现Ce4+的大离子半径在结构中起到支撑作用，并且可以阻碍材料在充放电过程中的过渡金属(TM)层的层间滑移，增强了结构稳定性并提供了更宽的Na+扩散通道，提高了材料的Na+扩散效率并改善了材料在充放电过程中的结构可逆性，实现循环稳定性和倍率性能的提高。经过改性的NaNi1/3Fe1/3Mn1/3-0.0075Ce0.0075O2在2.0～4.2 V的电势范围内以0.2 C的倍率表现出可观的可逆容量，达到155.9 mA·h/g，在1 C倍率下循环100圈后容量保持率可达73.5%。

关键词： 钠离子电池   Ni/Fe/Mn基正极材料   煅烧温度   电化学性能  

摘要： 层状氧化物材料因其优异性能被认为是钠离子电池(SIBs)的候选正极材料，其中富锰P2型因成本低、稳定性好，是具有发展前景的钠离子电池正极材料。本文采用固相烧结法制备P2-Na0.67Ni0.1Fe0.1Mn0.8O2正极材料，研究了煅烧温度对材料性能的影响。结果表明，煅烧温度会影响材料的晶格结构，在875 ℃下获得的Na0.67Ni0.1Fe0.1Mn0.8O2正极材料具有结晶良好的P2纯相，并表现出优异的电化学性能。在1.5～4.3 V的电压范围内，0.05 C下的初始放电容量232 mAh g-1且循环100次后容量保持率为69.5%。

关键词： 质子交换膜燃料电池   聚苯并咪唑   金属有机框架   电解质   植酸  

摘要： 在聚苯并咪唑(PBI)中加入额外的质子导体是提高质子传导能力的有效策略。本文使用金属有机框架MIL-101(Cr)对植酸进行有效负载，并将其均匀分布在PBI膜中构建额外的质子传输途径。植酸在负载过程中并未破坏MIL-101(Cr)原有的晶体结构，所制备的复合膜具有比原始PBI膜更高的磷酸(PA)掺杂水平、更好的热稳定性和更强酸保留能力。此外，负载植酸的MIL-101(Cr)颗粒限制了PBI链的移动，提高了膜的力学性能，在PBI膜内构建了额外的质子传导途径和高密度氢键网路，使复合膜的电导率进一步升高，在160℃无水条件下PA掺杂的复合膜电导率最高可达到0.0744 S·cm-1，而PA-PBI膜仅为0.0398 S·cm-1。本研究还测试了在无额外加湿、无背压、160℃时的单电池性能，所制备的复合膜最大输出功率密度为178 mW·cm-2，比PBI膜高38 mW·cm-2。

关键词： 钠离子电池   硬碳材料   水系黏结剂   油系黏结剂   电阻率  

摘要： 硬碳作为钠离子电池负极材料,具有成本低、容量高和循环性能好等优势,黏结剂种类的选取对硬碳材料性能有很大的影响。选用油系聚偏氟乙烯(PVDF)黏结剂,以及水系海藻酸钠(SA)、聚丙烯酸钠(PAANa)和羧甲基纤维素(CMC)黏结剂,研究黏结剂种类对硬碳材料性能的影响。相比于油系黏结剂,水系黏结剂更适用于硬碳材料。SEM和极片电阻率结果显示,水系黏结剂的分散效果更好,制备的极片电阻率更低。电化学测试结果表明,水系黏结剂制备的电池电化学性能更优,首次库仑效率(ICE)均高于87%,而油性黏结剂PVDF制备的电池ICE仅有70.5%。SA和PAANa两种水系黏结剂制备的电池以1.0 C在0.01~2.50 V循环100次,可逆容量稳定在320 mAh/g左右,而CMC和PVDF制备的电池分别仅为270 mAh/g、260 mAh/g,且SA和PAANa制备的电池电化学阻抗最低。