电化学（中英文）

第26卷第5期封面和目次

2020, 26(5): 0.

摘要 ( 660 )

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序言——写在查全性院士纪念专辑出版之际

2020, 26(5): 575-575. doi:10.13208/j.electrochem.200640

摘要 ( 607 )

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多孔电极在电化学体系中的应用

吉维肖, 王功伟, 王强, 白力军, 屈德扬

2020, 26(5): 576-595. doi:10.13208/j.electrochem.200649

摘要 ( 1492 )

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查全性教授是中国现代电化学的奠基人之一. 在他的带领下,武汉大学化学系电化学研究室在基础电化学和应用电化学领域取得了卓越的成绩. 查教授及同事们在过去几十年里,栽培学生无数. 后来,一部分学生有幸成为推动世界电化学学科发展的中坚力量. 在这篇综述中,作者将概述查教授及同事们在电化学领域打下的夯实基础,及作者在多孔电极方向的研究进展. 本文的所有作者均于不同时期毕业于武汉大学. 站在巨人的肩膀上,我们实属荣幸！

锂离子电池多孔电极理论的回顾与新思考

王晓晓, 周子睿, 单强, 张增明, 黄俊, 刘欲文, 陈胜利

2020, 26(5): 596-606. doi:10.13208/j.electrochem.200651

摘要 ( 2633 )

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本文总结了Newman多孔电极理论的基本内容,提出若干改进思路. 提出基于离子-空穴耦合传输机制描述浓电解质中的离子输运过程,在此基础上引入离子-电子耦合转移反应的思想处理电极材料中的离子传输问题,并通过计算嵌锂材料的离子扩散系数验证其合理性. 总结了描述多孔电极多尺度结构的相关理论和技术,表明均质化方法和基于结构重建的介观模拟方法均能给出比较合理的有效输运参数,从而提高多孔电极理论模拟结果的准确性.

电化学阻抗谱弛豫时间分布基础

王佳, 黄秋安, 李伟恒, 王娟, 庄全超, 张久俊

2020, 26(5): 607-627. doi:10.13208/j.electrochem.200641

摘要 ( 8423 )

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电化学阻抗谱（EIS）是一种高效的原位/非原位电化学表征技术,已在电化学能源领域得到广泛应用,如用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池等材料及器件性能的诊断和优化. 弛豫时间分布（DRT）是一种不依赖于研究对象先验知识的EIS解析技术,可用于分离和解析EIS中高度重叠的物理化学过程. 为了促进DRT解析技术的应用和推广,本文详细阐述了如下问题： 1） DRT解析原理、实现算法及重要扩展; 2）典型电路基元的DRT解析分析; 3） DRT的具体实现及在电化学能源中的典型应用举例; 4）DRT解析技术研究进展、存在问题及发展趋势.

CO₂高效资源化利用的高温熔盐电化学技术研究

邓博文, 尹华意, 汪的华

2020, 26(5): 628-638. doi:10.13208/j.electrochem.200653

摘要 ( 610 )

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高温熔融盐具有CO₂吸收容量大、电化学窗口宽、高温下反应动力学快等特点,是利用清洁电能大规模捕集和资源化利用CO₂颇具实用化潜力的电解液体系. 本文主要介绍作者课题组近十年关于高温熔盐CO₂捕集与电化学资源化转化(MSCC-ET)技术的相关研究工作,包括熔融盐电解质对CO₂的吸收、阴极过程动力学、电解条件对产物的影响、析氧阳极、电解过程能量效率和CO₂捕获潜力,并展望了MSCC-ET技术的发展前景.

电化学方法调控荧光碳点的研究

包蕾, 庞代文

2020, 26(5): 639-647. doi:10.13208/j.electrochem.200644

摘要 ( 838 )

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作为零维碳基发光纳米材料,碳点是对现有发光纳米材料的重要补充. 精准控制粒径及表面结构对实现碳点的性质调控及其应用至关重要. 本文介绍了本课题组在利用电化学方法研究荧光碳点方面的进展. 重点展示了利用电化学方法实现对碳点粒径的控制,对表面氧化程度的调节以及对其发光机理的研究. 电化学方法可对只有几纳米厚度的材料表面进行有效的控制,可操作性强且经济环保. 通过对碳点的粒径及表面的调控,作者也进一步揭示了碳点的发光与表面结构的相关性. 这些工作为碳点的合成及其性质调控提供了可循的规律,有利于推动碳点在生物医生成像、传感检测、催化及能源转化等领域的应用.

锂硫电池及关键材料研究进展

陈嘉嘉, 董全峰

2020, 26(5): 648-662. doi:10.13208/j.electrochem.200642

摘要 ( 1518 )

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锂硫电池因具有远高于传统锂离子电池的理论比容量和质量能量密度,而受到人们的广泛关注,近年来一直是高能锂金属电池领域的研究热点之一. 然而这一体系的一些固有特性问题依然没有得到解决,无法实现稳定理论容量输出,严重阻碍了锂硫电池的实际应用. 其中,比较突出的问题是电池充放电过程中生成可溶性中间产物-多硫化物-对硫基正极、锂基负极和电解液等电池关键组成部分具有深刻的影响. 本综述从多硫化物的热力学和动力学等性质入手,详细介绍了锂硫电池中关键材料的功能化设计和优化策略,并对未来的发展做出展望.

液态金属电极的电化学储能应用

李浩秒, 周浩, 王康丽, 蒋凯

2020, 26(5): 663-682. doi:10.13208/j.electrochem.200652

摘要 ( 1085 )

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液态金属电极电导率高,电极界面容易构建,在充放电过程中可有效避免电极结构形变、枝晶生长等问题,在储能电池领域具有重要应用价值. 本文主要讨论了液态金属电极在液态金属电池、钠硫电池和ZEBRA电池中的应用进展,重点介绍了液态金属电池关键材料体系、充放电机制及电池构型等,评述了液态金属电极储能应用中涉及的熔盐电解质、固态陶瓷隔膜、多场影响因素等方面的重要研究进展,分析了高温密封、腐蚀防护等关键问题,明确了液态金属电极在储能电池应用中的发展方向.

有机磷酸酯阻燃电解液的研究进展

曾子琪, 艾新平, 杨汉西, 曹余良

2020, 26(5): 683-693. doi:10.13208/j.electrochem.200648

摘要 ( 1282 )

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随着锂离子电池的市场拓展,安全性问题已成为电动汽车、大规模储能等应用领域关注的首要问题. 目前商品化的锂离子电池普遍采用低沸点碳酸酯类电解液,其易燃性成为电池不安全性的主要隐患. 为了提高锂离子电池的本征安全性,阻燃或不燃性电解液成为近年来研究的热点,其中以磷酸酯为溶剂的阻燃型或不燃型电解液受到广泛关注. 本文主要介绍磷酸酯阻燃和不燃电解液的研究状况,分析了这类电解液与锂离子电池正负极的兼容性问题,讨论了改善磷酸酯电解液电化学兼容性的途径,提出了发展高效、安全、稳定的不燃电解液的一些思路.

锂硫电池硫正极催化转换反应的研究进展

邵钦君, 陈剑

2020, 26(5): 694-715. doi:10.13208/j.electrochem.200654

摘要 ( 1511 )

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单质硫作为电池的正极材料,其电化学过程历经多个步骤,完全放电生成最终产物是一个2电子反应. 低阶多硫化锂的生成需克服一定的能垒,且由Li₂S₂得到一个电子还原生成Li₂S的反应是速控步骤. 硫正极的反应动力学是决定锂硫电池电化学性能,如比能量、比功率、低温性能等的关键因素. 提高速控步骤的反应动力学还能加速可溶性多硫化锂Li₂S₄向不溶性Li₂S₂和Li₂S的转化,有利于减缓或消除多硫化锂的“穿梭效应”. 近年,已有大量的过渡金属氧化物、硫化物、碳化物、氮化物、磷化物,单原子催化剂和氧化还原电子中继体等被应用于催化硫正极反应,提高了电极的电化学性能和循环稳定性. 但是,目前详细的催化反应机制尚不完全清晰. 本文重点综述了这些化合物在硫正极反应中的作用机制,总结了近年来的研究进展,并对硫正极催化转换反应的研究和发展进行了展望.

锂硫电池多功能涂层隔膜的研究进展与展望

魏壮壮, 张楠祥, 吴锋, 陈人杰

2020, 26(5): 716-730. doi:10.13208/j.electrochem.200647

摘要 ( 1393 )

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先进储能系统的开发对于满足电动汽车、便携式设备和可再生能源存储不断增长的需求至关重要. 锂硫（Li-S）电池具有比能量高、原材料成本低和环境友好等优点,是新型高性能电池研究领域中的热点. 然而,锂硫电池面向实际应用还存在许多问题,如可溶性多硫化物中间体的穿梭效应、锂枝晶生长以及锂硫电池在使用过程中的热稳定性和安全性等. 设计开发多功能涂层隔膜是改善锂硫电池上述不足的有效策略之一,在本综述中,详细论述了锂硫电池多功能涂层隔膜的研究进展. 包括聚合物材料、碳材料、氧化物材料、催化纳米粒子改性的功能化涂层隔膜及增强电池热稳定性、安全性的特种功能隔膜,对其作用特性进行了系统分析,并对未来研究发展提出展望.

碱性膜燃料电池阳极碳酸化模型研究

李启浩, 王英明, 马华隆, 肖丽, 王功伟, 陆君涛, 庄林

2020, 26(5): 731-739. doi:10.13208/j.electrochem.200650

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碱性聚电解质燃料电池（APEFC）近年来取得了可观的进展,但是在使用空气作为氧化剂工作时仍然面临着性能损失. 文献中已有多个理论试图解释性能损失的来源,但是缺乏定量化的分析. 本文根据实验发现和热力学及阳极反应的动力学分析,提出了分层的阳极碳酸化模型和方程组.模型的定量化模拟结果进一步和实验结果进行验证,提出了电池性能损失的可能原因.

类石墨烯类活性炭材料的简易合成及其在锂硫电池中的应用研究

孟全华, 邓雯雯, 李长明

2020, 26(5): 740-749. doi:10.13208/j.electrochem.200646

摘要 ( 647 )

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锂硫电池由于具有较高的理论容量被视为一种最具发展潜力的储能装置. 然而,硫的利用率较低及循环寿命短等问题限制着其商业化进程. 本文通过一种简单易行的方法将三聚氰胺（C₃H₆N₆）和L半胱氨酸(C₃H₇NO₂S)碳化,制备出一种氮掺杂类石墨烯活性炭材料（NGC）. 该材料的类石墨烯结构能够有效抑制锂硫电池在充放电过程中产生的体积效应,以此提升其循环性能. 不仅如此,材料中含有的含氮官能团还可以促进离子转移,抑制多硫化物的溶解,进而提升硫的利用率. 其中,制备出的NGC-8/PS复合电极用于锂硫电池时在0.2 C的电流密度下初始容量为1164.1 mAh·g^-1,在经过400圈的充放电循环之后依然具有909.4 mAh·g^-1的比容量,每圈容量衰减仅为0.05%,甚至在2C的电流密度下也能达到820 mAh·g^-1的高比容量.

基于钴酸锂载体构筑高体积比容量硫基复合材料

王璐, 高学平

2020, 26(5): 750-758. doi:10.13208/j.electrochem.200643

摘要 ( 841 )

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锂-硫电池具有高的理论质量/体积能量密度,因而成为最具发展潜力的高比能二次电池体系. 然而,由于硫载体通常采用轻质的碳纳米材料,导致硫基复合材料的振实密度和体积比容量均偏低,制约了电池体积能量密度的提升. 本文尝试采用具有高密度特征的钴酸锂(LiCoO₂)作为硫的载体材料,以构筑高振实密度的硫基复合材料,进而提高硫正极的体积比容量. 研究显示,LiCoO₂对可溶性多硫化物具有较强的吸附作用,能够促进硫的电化学转化,因而提高了硫的活性物质利用率和循环稳定性. 同时,由于具有高的振实密度(1.90 g·cm^-3),S/LiCoO₂复合材料的首周体积比容量高达1750.5 mAh·cm^-3,是常规硫/碳复合材料的2.2倍. 因此,本文利用具有高密度特征的LiCoO₂作为硫载体来提升硫复合材料的体积比容量,有助于实现锂-硫电池的高体积能量密度.

纳米硅在含添加剂的高浓度电解液中循环特征及其表面协同成膜的研究

常增花, 韩富娟, 杨夕馨, 王建涛, 卢世刚

2020, 26(5): 759-771. doi:10.13208/j.electrochem.200645

摘要 ( 666 )

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本文研究了在LiFSI-(PC)₃高浓度电解液中添加剂对于纳米硅材料的循环性能的影响,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱分析了循环过程纳米硅材料及其电极的结构和表面SEI膜演化的特征. 结果表明,添加剂能够改善纳米硅材料的循环性能,在LiFSI-(PC)₃高浓度电解液中循环300周材料比容量为574.8 mAh·g^-1,而含有3%LiDFOB、3%FEC、3%TMSB的添加剂的高浓度电解液中,比容量分别为1142.9、1863.6和1852.2 mAh·g^-1. 作者分析认为,在LiFSI-(PC)₃浓溶液中LiFSI优先于PC在纳米硅表面发生成膜反应,形成的SEI膜由以无机物主导的内层膜和以有机物主导的外层膜组成,而在含添加剂的高浓度电解液中,添加剂和LiFSI协同参与SEI成膜反应,形成的内层膜能够减缓PC溶剂参与外层的成膜反应,由此形成的SEI膜能够抑制循环过程中SEI膜的过度生长,更好地抑制了纳米硅的粉化,纳米硅材料及其电极结构稳定性更好,材料表现出更好的循环性能.

近期热点文章

2020, 26(5): 772-774.

摘要 ( 504 )

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深切悼念中国科学院院士曹楚南教授

2020, 26(5): 775-776.

摘要 ( 440 )

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