电化学（中英文）

锂电池原位与非原位表征技术研究

李文俊，郑杰允，谷林，李泓*

2015, 21(2): 99-114. doi:10.13208/j.electrochem.141054

摘要 ( 3235 )

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锂电池的电化学性能与电子及离子在体相与界面的输运、反应、储存行为有关. 从原子尺度到宏观尺度，对电池材料在平衡态与非平衡态过程的电子结构、晶体结构、微观形貌、化学组成、物理性质的演化研究对于理解锂离子电池中各类构效关系至关重要，这需要综合多种原位与非原位表征技术. 目前，基础研究处于前沿的发达国家在这些方面取得了卓有成效的进展. 本文简介了中国科学院物理研究所近年来通过国内外合作，采用原位X射线衍射（in-situ XRD）、原位X射线吸收谱（in-situ XAS）、准原位/原位扫描电镜（quasi/in-situ SEM）、球差校正扫描透射电镜（HAADF/ABF-STEM）、扫描力曲线（Force-Curve）、中子衍射（Neutron Diffraction）、热重-差示扫描量热-质谱联用（TG-DSC-MS）、表面增强拉曼（SERS）等技术研究锂离子电池电极材料结构演化方面的进展，并对未来锂离子电池研究中先进表征技术的发展进行了简要的探讨.

电化学转换反应及其在二次电池中的应用

李婷，杨汉西*

2015, 21(2): 115-122. doi:10.13208/j.electrochem.141047

摘要 ( 2274 )

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电化学转换反应作为一种新的电极反应机制，近年来受到相当多的关注. 转换反应不仅能够利用金属化合物的多价态氧化还原，大幅度提高电化学容量利用率，而且对于主体晶格的结构、嵌脱阳离子的尺寸并无特殊要求，可以应用于众多不同种类的金属化合物，针对不同的金属离子设计高容量正负极活性材料. 因此，基于转换反应构建高容量电极材料正成为二次电池发展的一个新方向. 本文简要分析了电化学转换反应的基本原理和实现条件，并结合作者课题组近年来的研究工作探讨了这类反应在锂离子及钠离子电池中的潜在应用.

Li₃Fe₂(PO₄)₃/C正极材料的电化学性能及其反应机理研究

谢勇，钟贵明，龚正良*，杨勇*

2015, 21(2): 123-129. doi:10.13208/j.electrochem.141045

摘要 ( 1660 )

PDF (1239KB) ( 1454 )

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采用溶胶凝胶及高能球磨制得Li₃Fe₂(PO₄)₃/C材料，利用多种物理及其电化学技术观察材料形貌，表征材料结构及电化学性能，用电化学原位XAFS等初步研究Li₃Fe₂(PO₄)₃/C超理论容量电化学反应机理. 结果显示，Li₃Fe₂(PO₄)₃/C的结构为单斜晶系，空间群P21/n. 2.0 ~ 4.0 V电位区间，10 mAh·g^-1电流密度，Li₃Fe₂(PO₄)₃/C电极的首周期放电比容量为129 mAh·g^-1，达到其理论容量. 若电位区间拓宽至2.0 ~ 4.95 V，其首周期放电比容量高达165 mAh·g^-1，超出理论的“额外”容量30%. 电化学原位XAFS测试未观察到明显的Fe³⁺/Fe⁴⁺氧化还原对参与电化学反应，初步推测“额外”容量可能来自于该复合材料的高浓度表面缺陷.

燃料电池非铂基氧还原电催化剂的最新研究进展

宋平, 阮明波, 刘京, 冉光钧, 徐维林

2015, 21(2): 130-137. doi:10.13208/j.electrochem.141041

摘要 ( 1554 )

PDF (1660KB) ( 1557 )

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目前，燃料电池中广泛使用的Pt基阴极催化剂价格昂贵、资源缺乏，且易中毒，故急需开发廉价、耐用、高效和高耐醇的非铂基阴极氧还原催化剂. 本文阐述了国内外在非铂氧还原催化剂方面的研究，并着重介绍了作者课题组的最新研究进展. 主要集中在非贵金属（Fe）负载和杂原子（F）掺杂的非金属催化剂，力求原料廉价并可提高催化剂的催化活性、稳定性、抗毒化能力，实现较高的性价比. 同时通过理论计算解释了氟单掺杂和氮氟共掺杂高效性的根源，为设计高效催化剂提供了有力的理论支持.

锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展

周罗增，徐群杰*，汤卫平，靳雪，袁小磊

2015, 21(2): 138-144. doi:10.13208/j.electrochem.141042

摘要 ( 1866 )

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随着新能源如电动汽车、储能电站的蓬勃发展，人们对下一代高性能锂离子电池的能量密度、功率密度和循环寿命提出了更高的要求. 而富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂（0 < x < 1，M = Mn、Co、Ni…）具有可逆比容量高（240 ~ 280 mAh·g^-1，2.0 ~ 4.8 V）、电化学性能较佳、成本较低等优点，已吸引了研究者的关注，有望成为下一代锂离子电池用正极材料. 本实验室采用固相法和溶胶-凝胶法制备不同的富锂锰基正极材料，其中，溶胶-凝胶法制得的Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂电极首周期放电比容量277.3 mAh·g^-1，50周期循环后容量272.8 mAh·g^-1，容量保持率98.4%. 本文重点结合本实验室的研究工作，对新型富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的结构、合成、电化学性能改性和充放电机理等进行总结与评述.

CoAl₂O₄包覆LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的电化学性能

蔡济钧，崔王君*，李冰，余洋洋，赵金保*

2015, 21(2): 145-151. doi:10.13208/j.electrochem.141043

摘要 ( 1413 )

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通过共沉淀法制得类球形锂离子电池正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，并用非水相共沉法对其进行CoAl₂O₄包覆得到LNCMO(x). 采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微术（SEM）和透射电子显微术（TEM）测试材料的结构和观察材料形貌. 结果表明，CoAl₂O₄在材料表面形成8 nm均匀包覆层，未改变主体材料的结构. 电化学性能测试表明，1%（by mass）CoAl₂O₄包覆量的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料（LNCMO(1)）高充电电压（3.0 ~ 4.6 V，150 mA·g^-1）100周期循环放电容量保持率为93.7%（无包覆LNCMO(0)保持率为74.4%）；55 °C高温100周期循环容量保持率为77%（无包覆LNCMO(0)保持率17%）. XRD和电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）测试表明，CoAl₂O₄包覆的LNCMO(x)材料可有效地减缓材料中Mn离子在电解液的溶解，提高材料结构稳定性和热稳定性.

碳纳米管/五氧化二钒空心球的制备及其电化学性能研究

郝亮，申来法，王婕，朱佳佳，赵笑晨，张校刚*

2015, 21(2): 152-156. doi:10.13208/j.electrochem.141044

摘要 ( 1556 )

PDF (834KB) ( 1198 )

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采用溶剂热法制备了碳纳米管穿插的分级结构五氧化二钒空心球（VOC_x）. 使用XRD、SEM、循环伏安曲线和充放电曲线研究了不同碳纳米管量对产物结构、形貌和电化学性能的影响. 结果表明，碳纳米管的加入明显改善了VOC的倍率特性. 碳纳米管含量为7.1%时，0.5 A·g^-1电流密度下，其比电容达到346 F·g^-1，8 A·g^-1电流密度时，其电容保持率可达75%. 与活性炭组装成混合电容器，在功率密度为700 W·kg^-1时，能量密度达12.6 Wh·kg^-1.

锂空气电池高容量长寿命Co₃O₄纳米空心球阴极催化剂

刘通, 李娜, 刘清朝, 张新波

2015, 21(2): 157-161. doi:10.13208/j.electrochem.141049

摘要 ( 1384 )

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以六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）、六次甲基四胺（HMT）、蔗糖、柠檬酸钠（Na₃C₆H₅O₇）为原料，140 ^oC下水热碳化处理即得反应前驱物，经煅烧处理后，可得多孔Co₃O₄纳米空心球. 锂空气电池Co₃O₄/SP阴极催化剂具有优异的循环寿命性能，这归因于Co₃O₄空心球的纳米颗粒构成、较高比表面积的多孔结构，为电池反应提供了大量的反应位点，为充放电产物提供了足够的存储空间.

全钒液流电池铂氢微型参比电极体系的构筑与性能

林志彬，董燕青，郑明森，董全峰*

2015, 21(2): 162-166. doi:10.13208/j.electrochem.141209

摘要 ( 1786 )

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铂丝电极表面上电沉积一层金属钯，用阴离子交换隔膜材料封装，制得铂氢微型参比电极，工艺简单、稳定性高. 将该微型参比电极应用于全钒储能电池性能研究，可内置于电池多孔电极内部，监测电池正负极充放电性能. 结果显示，电池容量衰减主要归因于电解液中的活性物质V(IV)的逐渐减少及V(V)的积累导致正负极活性物质不平衡.

液栅型石墨烯场效应管的缓冲液浓度和pH响应特性

杜晓薇，成霁，郭慧，金庆辉*，赵建龙

2015, 21(2): 167-171. doi:10.13208/j.electrochem.140912

摘要 ( 1462 )

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本文使用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）石墨烯制作了高灵敏度、低噪声的液栅型石墨烯场效应管（Solution-Gated Graphene Field Effect Transistors，SGFETs），并测试了该器件对磷酸盐缓冲液（Phosphate Buffered Saline，PBS）浓度和pH的响应特性. 随缓冲液浓度的增大，SGFETs转移特性曲线的最小电导点向左偏移，偏移量与溶液浓度的自然对数呈线性关系. 随pH的增大，其最小电导点向右偏移，偏移量与溶液pH呈线性关系. 该响应特性对石墨烯生化传感器排除外界影响因素有一定的指导作用.

采用AlCl₃-Emic-MgCl₂室温离子液体电沉积制备铝-镁合金

M. RostomAli*, Andrew P. Abbott, Karl S. Ryder

2015, 21(2): 172-180. doi:10.13208/j.electrochem.140603

摘要 ( 1664 )

PDF (1332KB) ( 1582 )

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采用恒电流和恒电位技术，以及路易斯酸氯化铝(III)-1-乙基-3-甲基咪唑氯化物离子液体中添加氯化镁(II)，室温下在铂和铜阴极表面电沉积制备了铝-镁合金. 合金层中镁的含量随离子液体中氯化镁浓度和所施加的阴极电流密度的增加而增加. 采用X-射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量散射X-射线谱(EDAX)技术，研究了不同电沉积实验条件得到的电沉积层的晶体结构及表面形貌. 增加沉积电流密度，可以制备出致密、光亮和结合力良好的电沉积层. 铝-镁合金电沉积的阴极电流效率可达99%. 应用电化学石英晶体微天平(EQCM)技术研究了电沉积合金的组成. 根据重声阻抗分析得到的质量-电荷(m-Q)曲线斜率计算了金属共沉积层的化学成分.

锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂的合成及性能研究

张永龙，胡学步*，王耀琼，黄东海

2015, 21(2): 181-186. doi:10.13208/j.electrochem.140924

摘要 ( 1771 )

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本文通过乙酸锂与二氧化钛反应，采用一步高温固相法在不同反应温度（750 °C/800 °C/850 °C）和反应气氛（氮气/空气）下合成Li₄Ti₅O₁₂材料. 通过热重分析、X射线衍射、扫描电子显微镜、循环伏安曲线和充放电曲线分析了Li₄Ti₅O₁₂的晶体结构，观察其微观形貌，并测试其电化学性能. 结果表明，800 °C氮气烧结得到的Li₄Ti₅O₁₂（L-800N）材料粒径较小，该材料在1.0C倍率下的首周期放电比容量达到170.7 mAh·g^-1，100周期循环后的容量保持率高达94.6%，即使是10C高倍率其首周期放电容量依然有143.0 mAh·g^-1，表现出了良好的倍率和循环寿命性能.

二元析氧催化剂Co_xCr_1-xO_3/2的制备及性能研究

杨太来，董文燕，杨慧敏，张力，梁镇海*

2015, 21(2): 187-192. doi:10.13208/j.electrochem.141030

摘要 ( 1383 )

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用热分解法制得不同混合比例的二元金属氧化物催化剂Co_xCr_1-xO_3/2（x = 0，0.2，0.4，0.6，0.8，1），使用SEM、XRD和XPS观察表征催化剂形貌、晶型和价态，使用线性扫描伏安、阶梯波伏安和恒电位测试电极活性、过电位和稳定性. 结果表明，该Co₃O₄和绿铬矿型Cr₂O₃混合物形成固溶体Co_xCr_1-xO_3/2. x = 0.2时，Co_0.2Cr_0.8O_3/2电极性能较单一Co₃O₄和Cr₂O₃电极好，在高电位（1.0 V vs. Ag/AgCl），其电流强度是Co₃O₄的3.75倍，Cr₂O₃的15.2倍，其过电位（η = 0.0703 V）也较Co₃O₄（η = 0.6109 V）和Cr₂O₃（η = 0.435 V）小，催化性能最好，在强碱性溶液（pH=13）中有良好的稳定性.

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庄林

2015, 21(2): 193-194.

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