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当期目录

    2016年 第22卷 第5期    刊出日期:2016-10-28
    能源电化学材料近期研究专辑(南开大学 陈军教授)
    《能源电化学材料》专辑序言
    陈 军
    2016, 22(5):  435-436.  doi:10.13208/j.electrochem.160540
    摘要 ( 625 )   PDF (203KB) ( 350 )  
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    以电化学能量储存和转化为特点的电池、电容器等储能技术,正在信息通讯、新能源汽车、微电网、分布式发电、大型电力储能、智能电网等领域得到广泛应用,将有力推动能源互联网的快速发展. 作为储能核心技术之一的锂电池、钠电池与超级电容器,更加受到重视. 这些电化学储能装置的性能依赖于所使用的电极材料与结构等. 发展高能量密度、高功率密度和长循环寿命的低成本储能体系成为能源电化学材料研究的核心. 本专辑围绕锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、超级电容器等,收录了在该领域具有丰富研究经验的团队所撰写的8篇相关综述和研究论文. 其中,围绕下一代锂离子电池负极硅材料,邀请了3篇综述和研究论文;鉴于丰富的钠资源,在钠离子电池研究方面也邀请了3篇综述论文;同时在高能量密度的锂硫电池和高功率密度的超级电容器方面各邀请1篇论文. 从这些论文中,可以部分看出锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、超级电容器等能源电化学材料的研究进展. 希望借助此专辑的出版,能使广大读者更好地了解上述几类电池、电容器的研究现状,研究趋势和存在问题及挑战,为更深入地开展该领域研究提供参考,以推动我国能源电化学材料研究的进一步发展. 在此,对专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的辛勤劳动,表示最衷心的感谢!

    钠离子电池关键材料研究及应用进展
    刘永畅,陈程成,张宁,王刘彬,向兴德,陈 军
    2016, 22(5):  437-452.  doi:10.13208/j.electrochem.160548
    摘要 ( 1106 )   PDF (2318KB) ( 1144 )  
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    钠离子资源丰富,分布广泛,价格低廉,因而钠离子电池被认为是下一代大规模储能技术的理想选择之一. 然而,钠离子较大的半径和质量不利于它与电极材料的可逆反应. 开发能够快速、稳定储钠的基质材料是提升钠离子电池性能的关键之一. 此外,如何合理地优化电解质,匹配正负极材料,以实现高性能、高安全、低成本钠离子全电池的构建,切实将其推向市场,也是亟待解决的问题. 本文综述了国内外钠离子电池关键材料(包括正极材料、负极材料和电解质)的研究进展,介绍了一些具有代表性的钠离子全电池实例. 对钠离子电池的基础研究和实际应用具有一定参考价值和借鉴意义.

    锂-硫电池研究现状及展望
    袁守怡,庞莹,王丽娜,王永刚,夏永姚
    2016, 22(5):  453-463.  doi:10.13208/j.electrochem.160545
    摘要 ( 822 )   PDF (1203KB) ( 749 )  
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    锂-硫电池由于具有高比能量以及硫廉价易得等优势而受到人们的广泛关注. 但其实际应用仍面临着来自于正极、电解液以及负极等方面的诸多挑战,具体包括硫正极的溶解、多硫化合物的“穿梭效应”及金属锂负极的枝晶问题. 本文以课题组近期的研究结果为主线,综述了近两年来关于锂-硫电池的研究进展,重点探讨了碳硫复合物正极、硫化锂正极、复合隔膜设计和电解液方面的研究进展,并总结了各方面存在的问题.

    钠离子电池微/纳结构电极材料研究
    袁双,朱云海,王赛,孙涛,张新波,王强
    2016, 22(5):  464-476.  doi:10.13208/j.electrochem.160542
    摘要 ( 737 )   PDF (2918KB) ( 639 )  
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    钠离子电池电极材料资源丰富,价格低廉. 然而,现阶段钠离子电池电极材料的性能还不理想,开发合适的电极材料是实现髙容量、长循环寿命钠离子电池的关键. 本文将以作者近期的研究工作为主,着重讨论几种微/纳米材料作为钠离子电池电极的性能及作用机理,并展望其今后的发展趋势.

    复杂一维纳米材料的构筑及储钠性能
    张远杰,李 威,王选朋,牛朝江,麦立强
    2016, 22(5):  477-488.  doi:10.13208/j.electrochem.160547
    摘要 ( 828 )   PDF (1772KB) ( 579 )  
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    一维纳米材料因其独特的结构和物化性质而被广泛应用于能源存储与转换等领域. 钠离子电池由于钠资源储量丰富和成本低廉等特点而有望用于大规模能源存储. 随着能源需求的不断增长和研究的日益深入,一维纳米材料也经历着结构从简单到复杂、性能从一般到优异的演变. 因此,构筑结构复杂独特、储钠性能优异的一维纳米材料已成为储能领域的热点之一. 结合当前的研究热点和本课题组的研究进展,本文重点阐述了有机酸辅助干燥法、水热法和静电纺丝法制备复杂一维纳米材料的详细机理及其储钠性能,材料包括束状纳米线、介孔纳米管、豌豆状纳米管和离子预嵌入纳米带等,并对它们的结构与储钠性能相关性进行了详细分析. 这为一维纳米材料后续的研究和应用提供了一定的指导和帮助.

    锂离子电池硅基负极材料的最新研究进展
    陈丁琼, 杨阳, 李秋丽,赵金保
    2016, 22(5):  489-498.  doi:10.13208/j.electrochem.160543
    摘要 ( 968 )   PDF (2559KB) ( 658 )  
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    硅基材料因具有目前最高的理论比容量、合适的嵌锂平台、大储量等优点,引起了众多研究者的关注,成为最具潜力的下一代锂离子电池的负极材料. 但是硅在嵌锂过程中巨大的体积变化,容易破坏电极结构的稳定性,使电极循环性能迅速衰减,这对硅基材料的应用造成了很大的阻碍. 本文主要针对近年来在硅电极自身的结构(包括:多孔硅基复合材料的合成、硅粘结剂的选择,无粘结剂的纳米硅电极的制备)以及电解液添加剂的选择两大方面的最新研究进展进行总结与评述.

    锂离子电池硅负极循环稳定性研究进展
    郭择良,伍 晖
    2016, 22(5):  499-512.  doi:10.13208/j.electrochem.160546
    摘要 ( 1072 )   PDF (1709KB) ( 942 )  
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    硅是已知质量比容量最高的锂离子电池负极材料,研究人员希望通过制造可靠的高容量硅负极,生产高能量密度的锂离子电池. 但由于充放电过程中锂在硅材料中嵌入与释放,硅材料发生巨大的体积变化,以致破碎,并从负极上脱落下来. 硅负极容量随着充放循环次数的增加而迅速下降,是其应用进程中受到的最大制约. 本文结合锂离子电池硅负极研究现状,从硅材料本体结构、整体负极结构两方面介绍几种不同的提高硅负极循环稳定性的方法,并对各种方法的稳定性、成本、制备方法等进行比较,提出对未来硅负极材料研究的展望.

    模板法合成NiO@Co3O4空心多孔小球及其储电性能的研究
    周文,卢雪峰,吴明娒,李高仁
    2016, 22(5):  513-520.  doi:10.13208/j.electrochem.160544
    摘要 ( 581 )   PDF (1337KB) ( 507 )  
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    空心结构在能量转化和储存等重要应用方面,展现出了巨大的潜力. 为了进一步提高性能,根据物质的组成和结构,合理设计出更复杂的空心结构材料是非常必要的,但目前仍然存在相当大的挑战. 本文报导了一种以硅小球作为模板的高效方法,合成了新型的NiO@Co3O4空心多孔小球,其比表面积可达219.68 m2·g-1. NiO@Co3O4空心多孔小球的高比表面积有利于增强离子的扩散和提高活性物质的利用效率,并可防止纳米颗粒团聚. 测试结果表明,在5 mV·s-1的扫描速度下,所制备的NiO@Co3O4空心多孔小球的比电容值达1140.9 F·g-1,同时具有良好的循环稳定性,显示出该材料在超级电容器领域有较好的应用前景.

    晶态Li12Si7锂离子电池负极材料的电化学性能研究
    杨亚雄,马瑞军,高明霞,潘洪革,刘永锋
    2016, 22(5):  521-527.  doi:10.13208/j.electrochem.160541
    摘要 ( 920 )   PDF (1286KB) ( 558 )  
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    通过加热摩尔比为12:7的LiH/Si球磨混合物,避免了Li与Si之间巨大的熔点差异,成功制备了晶态Li12Si7合金,研究了其电化学性能和储锂机制. 发现Li12Si7在0.02 ~ 0.6 V的嵌脱锂过程中,只发生晶胞体积的变化,而不产生相变,呈现出明显的固溶储锂机制. 该固溶储锂机制的存在,有效抑制了Si基负极材料嵌脱锂过程中由于相变导致的体积效应,使得晶态Li12Si7在0.02 ~ 0.6 V电压范围内具有显著改善的电化学性能,其首次库伦效率高达100%,30次循环后的可逆容量保持率约为74%,分别优于相同条件下原始Si电极的55%和37%.

    研究论文
    三元正极材料前驱体Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2的连续合成与条件探究
    蒋志军, 张亚莉, 王乾, 张慧
    2016, 22(5):  528-534.  doi:10.13208/j.electrochem.151128
    摘要 ( 1135 )   PDF (3233KB) ( 1293 )  
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    以硫酸锰、硫酸镍、硫酸钴为原材料、NaOH和氨水分别为沉淀剂和络合剂,采用共沉淀法制备三元正极材料前驱体Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2. 探究了搅拌速度对造核颗粒形貌和晶核流量、氨水流量、浆料返流、搅拌桨对晶体结构、前驱体形貌、粒度及其粒度分布的影响. 物理表征结果表明,搅拌速度300 r•min-1时,生成的晶核聚集成球形或类球形,分散性好,颗粒粒径4~5 μm;在造核金属液流量0.4 L•h-1,生长金属液流量1.72 L•h-1,搅拌桨为推进式时,产物为单一相的β-Ni(OH)2层状结构,粒度D50为6~7 μm,振实密度≥2.0 g•cm-3,比表面积6~10 m2•g-1;电化学测试结果表明,在3.0~4.25 V电压范围内,0.2 C时,其首次放电容量为149.7 mAh•g-1,循环100次后,容量保持率为94.09 %;产物满足高端三元正极材料厂家需求. 多釜串联工艺简单有效,具有可行性,有望用于三元正极材料前驱体的规模生产.

    不同锂盐对超支化/梳状复合型聚合物电解质的性能影响研究
    户献雷, 梁晓旭, 章明秋, 张若昕, 张利萍, 阮文红
    2016, 22(5):  535-541.  doi:10.13208/j.electrochem.151013
    摘要 ( 833 )   PDF (1358KB) ( 468 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    利用PVA侧链上的羟基的化学活性, 采用超支化聚胺-酯对改性纳米SiO2和PVA接枝改性, 并加入不同锂盐,制备了SiO2-g-HBPAE/PVA-g-HBPAE超支化/梳状复合型聚合物电解质, 利用SEM观察了纳米粒子在基体中的分散情况, 采用DSC、拉伸实验以及介电谱研究了锂盐种类及添加量对复合体系性能的影响. 结果表明, 超支化接枝改善了SiO2和基体的界面相容性; 磺酸类锂盐在复合材料中表现出自增塑现象, 材料的玻璃化转变温度(Tg)大幅度下降; LiClO4在基体中的离解能力强于LiCF3SO3和 LiN(SO3CF3)2; 当LiCF3SO3添加量为20 %(by mass, 下文同)时, 聚合物电解质的室温电导率达到最大值2.58×10-6 S•cm-1.

    Pt/C催化剂氧还原反应的交流阻抗动态研究
    史坤明,郭建伟,王佳
    2016, 22(5):  542-548.  doi:10.13208/j.electrochem.160310
    摘要 ( 794 )   PDF (865KB) ( 973 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    本文通过RDE和EIS联合技术、等效电路模型,研究了酸性体系中商业Pt/C催化剂ORR行为. 研究发现Pt/C动态界面包括两个彼此独立的过程:1)Pt表面原有PtO还原至Pt过程,2)ORR促进新PtO形成过程,为催化材料稳定性及活化性提供了关键依据;并发现动态界面促进多孔电极重构以及与传输匹配过程.在高过电位下,ORR的高反应速率可通过增加催化材料憎水性予以改善. 上述研究结果可对ORR的直流电化学研究进行有效补充,并提供建模基础.

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    庄 林
    2016, 22(5):  549-550.  doi:10.13208/j.electrochem.160549
    摘要 ( 371 )   PDF (239KB) ( 347 )  
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    Electrocatalysis by Mass-Selected Ptn Clusters A. von Weber, S. L. Anderson Acc. Chem. Res. DOI:10.1021/acs.accounts.6b00387 纳米电化学专刊,关于Pt团簇用于电催化的评述文章. 引用了40篇参考文献.