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2020年 第26卷 第6期    刊出日期：2020-12-28

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第26卷第6期封面和目次

2020, 26(6):  0-0. 

摘要 ( 358 )   PDF (11450KB) ( 262 )  

相关文章 | 计量指标

研究论文



NCA三元锂离子电池分荷电状态循环的热特性和容量衰退研究

王存, 张维江, 何腾飞, 雷博, 史尤杰, 郑耀东, 罗伟林, 蒋方明

2020, 26(6):  777-788.  doi:10.13208/j.electrochem.200507

摘要 ( 1886 )   RichHTML ( 321)   PDF (2146KB) ( 2147 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

层状三元材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂（NCA）具有高能量密度和高比容量,在电动汽车领域占据重要地位.但是较差的容量保持率和热安全问题限制了其应用. 本文研究了18650型NCA/graphite（2.4 Ah）锂电池分区间循环容量衰退机理和热行为. 所考虑的荷电状态（state of charge,SOC）区间有0% ~ 20%（低）、20% ~ 70%（中）、70% ~ 100%（高）及0% ~ 100%（全）四个区间. 为了获得电池在不同SOC区间循环后衰减状况,以100个循环为一个周期,每个循环周期结束后,在25 ^oC下测试四个电池的基础特性,包括容量、容量增量（incremental capacity,IC）、电阻及电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy, EIS),同时监测电池放电时的温度来讨论电池不同区间循环后的热行为. 测试结果表明,电池在全区间循环会降低电池寿命,而在非全区间循环的电池都能一定程度上减缓电池衰老的速度. 另外,全区间循环热特性最差而中端循环则表现出较好的热性能,对容量增量曲线分析发现,在高中低区间的性能衰退的主要原因是活性锂离子的损失,而在全区间还包括活性材料的损失和反应内阻的增大.



基于电-化-热耦合理论对称双阴极固体氧化物燃料电池堆的电流与温度场数值模拟

俞成荣, 朱建国, 蒋聪盈, 谷宇晨, 周晔欣, 李卓斌, 邬荣敏, 仲政, 官万兵

2020, 26(6):  789-796.  doi:10.13208/j.electrochem.191105

摘要 ( 1398 )   RichHTML ( 236)   PDF (901KB) ( 763 )  

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本文基于电-化-热多场耦合理论,通过有限元方法建立了一个基于对称双阴极结构SOFC电堆单元的三维数值模型,研究了其电堆内部的电流密度分布和温度分布. 研究结果表明,气体流动方式以及集流方式影响了电解质上电流密度和温度分布：在气体进、出气口处有较大的电流密度分布;在气体共流模式下,电解质层温度分布却较均匀;在双阴极结构电池阴极侧的单一集流模式下,集流侧的电解质的平均电流密度高于另一侧.



反应条件对铜催化CO₂电还原的影响

朱畅, 陈为, 宋艳芳, 董笑, 李桂花, 魏伟, 孙予罕

2020, 26(6):  797-807.  doi:10.13208/j.electrochem.191228

摘要 ( 1390 )   RichHTML ( 127)   PDF (1231KB) ( 945 )  

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工业规模的化石能源消耗导致大气中二氧化碳含量不断增加,CO₂转化利用成为人们日益关注的热点问题. 金属铜因其成本低廉、储量丰富,并且具有独特的CO₂亲和力能够生成多碳化合物,是目前CO₂电还原中研究最为广泛深入的电极材料. 由于阴、阳离子的特征吸附对Cu电极性能有显著影响,并且不同反应体系中对Cu电极上CO₂吸附、活化影响也有所不同,因此导致金属Cu电极上报道的电催化活性、产物种类与选择性等都非常宽泛. 基于此,有必要系统地研究各种反应条件对金属Cu电极电催化CO₂还原性能的影响. 作者选择了平均粒径为600 nm的商品化金属Cu颗粒作为电还原CO₂的催化剂,研究了不同反应条件包括各种常用电解质溶液、KHCO₃的浓度以及H型电解池和流动池. 实验结果表明,浓度为0.5 mol·L ^-1的KHCO₃作为电解质溶液具有较好催化活性和较高的产物分电流密度,流动池可以进一步提高主要产物甲酸盐和CO的分电流密度. 本研究工作从反应条件的角度对CO₂还原的电催化转化进行了系统研究,有助于理解电解液和反应器等因素对CO₂电还原反应过程的影响规律.



钝化与过钝化状态下304不锈钢的点蚀行为研究

沈茎, 王子明, 郑大江, 宋光铃

2020, 26(6):  808-814.  doi:10.13208/j.electrochem.190418

摘要 ( 1454 )   RichHTML ( 192)   PDF (903KB) ( 1352 )  

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为了进一步了解不锈钢钝化膜与过钝化膜的性质,本文对比研究了在不同电位下极化处理后304不锈钢样品的点蚀及表面膜性质,发现空白对照组样品的点蚀电位和1.1 V过钝化处理后样品的点蚀电位相近,而0.5 V钝化处理后样品的点蚀电位较高. 扫描Kelvin探针（SKP）实验结果也验证了这一现象. 扫描电子显微镜（SEM）结果显示,空白对照组样品表面只呈现一般样品抛光后形貌;0.5 V钝化处理后的样品表面被颗粒状钝化膜所覆盖,该膜层决定了样品具有较好的耐蚀性;而1.1 V过钝化处理后的样品表面出现裂缝,导致不锈钢基体继续发生严重的局部腐蚀,可能成为过钝化膜保护性变差的主要原因.



核壳结构Ru@PtRu纳米花电催化剂的制备及碱性氢析出反应性能研究

王学良, 丛媛媛, 邱晨曦, 王盛杰, 秦嘉琪, 宋玉江

2020, 26(6):  815-824.  doi:10.13208/j.electrochem.200223

摘要 ( 1224 )   RichHTML ( 198)   PDF (1995KB) ( 1594 )  

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本文通过分步还原Ru、Pt前驱体,制备了以Ru为核、PtRu合金为壳的Ru@Pt_0.24Ru纳米花电催化剂,其平均直径为16.5±4.0 nm. 利用高分辨电子显微镜、电感耦合等离子体原子发射光谱和X射线光电子能谱等表征了这种电催化剂的结构和组成. 在1 mol·L ^-1 KOH水溶液中,核壳结构Ru@Pt_0.24Ru/C纳米花氢析出反应的过电位为22 mV（@10 mA·cm ^-2）,耐久性测试后过电位增加至30 mV（@10 mA·cm ^-2）,明显优于商业Pt/C电催化剂（初始值：60 mV@10 mA·cm ^-2,耐久性测试后：85 mV@10mA·cm ^-2）. 显著提高的电化学活性可能源于核壳结构Ru@Pt_0.24Ru纳米花的电子效应和几何效应,耐久性的改善可能源于核壳结构Ru@Pt_0.24Ru纳米花结构的稳定性.



锂硫电池正极材料的制备及工艺优化

吴凯

2020, 26(6):  825-833.  doi:10.13208/j.electrochem.191227

摘要 ( 2095 )   RichHTML ( 323)   PDF (1788KB) ( 3379 )  

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锂硫电池具有能量密度高、价格低等优势,有希望应用于下一代储能领域. 但锂硫电池仍然存在一些问题,如多硫化物穿梭效应、缺乏有效的锂硫电池规模制备工艺等. 为了解决这些问题,作者以不同商用碳材料（乙炔黑、科琴黑与碳纳米管）和单质硫复合作为正极材料,探究正极制备工艺对多硫化物穿梭效应抑制效果及锂硫电池性能的影响. 通过研究,作者得出以下结论：科琴黑作为单质硫的载体,与单质硫球磨8 h后,匹配粘结剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）制备的正极浆料可实现在涂布和辊压后极片的厚度达到500 μm、压实密度达到991.65 mg·cm ^-3. 作者将最终得到的正极极片应用于高硫载量锂硫软包电池,电池首圈放电容量为137.4 mA·h,经过10圈循环后,放电容量为115.5 mA·h,表现出优异的电化学性能. 该碳硫复合正极材料制备工艺有望在锂硫电池的宏量制备中获得应用.



立体构造石墨烯材料对铅酸蓄电池负极性能影响的研究

陈品松, 胡一涛, 张信义, 沈培康

2020, 26(6):  834-843.  doi:10.13208/j.electrochem.200306

摘要 ( 900 )   RichHTML ( 233)   PDF (1735KB) ( 821 )  

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以具有高比表面积、优良的导电性和高稳定性的立体构造石墨烯材料（stereotaxically-constructed graphene, SCG）作为添加剂,加入到铅酸蓄电池负极活性材料中,通过XRD、SEM和电化学测试手段系统地分析其对电池性能的影响. 结果表明,SCG材料可以抑制硫酸铅晶体的生长,促进硫酸铅向海绵状铅的转变,延缓不可逆硫酸铅在负极的积累,在0.1 C放电速率下,添加有SCG材料的铅酸蓄电池的负极活性材料的初始放电容量为173.8 mAh·g ^-1,比未添加碳材料的(151.6 mAh·g ^-1)高14%. 在高速率部分荷电状态(HRPSoC)条件下, 添加SCG材料的电池循环寿命达到10,889圈,是未在负极活性材料中添加碳材料的电池的循环寿命的303%. 这些结果验证了立体构造石墨烯材料对铅酸蓄电池的积极影响,展现了其在铅酸蓄电池中的良好的应用前景.



RGO-TiO₂纳米管阵列的制备及其光电性能

张泽阳, 孙岚, 林昌健

2020, 26(6):  844-849.  doi:10.13208/j.electrochem.200211

摘要 ( 671 )   RichHTML ( 179)   PDF (824KB) ( 525 )  

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采用阳极氧化的方法,通过调节阴、阳两电极间距制备不同壁厚的TiO₂纳米管阵列. 采用脉冲电还原沉积的方法将RGO负载于TiO₂纳米管阵列表面合成了RGO-TiO₂纳米管阵列. 相较于负载在薄壁TiO₂纳米管阵列上的RGO,负载于厚壁TiO₂纳米管阵列上的RGO得以充分还原,覆盖率大幅度提高,并显示出良好的光吸收性质和较低的电荷传输电阻,光电流大幅度增加.



Ni₃S₂@碳纳米管复合材料的制备及其储钠性能

段明涛, 蒙延双, 张红帅

2020, 26(6):  850-858.  doi:10.13208/j.electrochem.200426

摘要 ( 741 )   RichHTML ( 193)   PDF (1243KB) ( 1372 )  

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采用一步固相煅烧工艺制备了碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒（Ni₃S₂@CNT）,并研究了其作为钠离子电池（SIBs）负极材料的电化学性能. 通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、循环伏安测试、恒流充放电以及交流阻抗等研究了Ni₃S₂@CNT的物相结构、形貌特征以及电化学性能. 电化学测试表明,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,放电容量可以达到541.6 mAh·g ^-1,甚至在2000 mA·g ^-1的大电流密度下其放电比容量也可以维持在274.5 mAh·g ^-1. 另外,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,经过120周充放电循环后其放电和充电比容量仍然可以保持在374.5 mAh·g ^-1和359.3 mAh·g ^-1,说明其具有良好倍率性能和循环稳定性能. 良好的电化学性能归因于这种独特的碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒结构. 碳纳米管不但可以提高复合材料的导电性,也可以缓冲Ni₃S₂纳米颗粒在反复充放电过程中产生的体积膨胀效应,明显改善了Ni₃S₂@CNT负极复合材料的电化学性能.



离子液体中18-冠醚-6添加剂对三价铬电沉积的影响

王怡捷, 钮东方, 张新胜

2020, 26(6):  859-867.  doi:10.13208/j.electrochem.191009

摘要 ( 1428 )   RichHTML ( 184)   PDF (1107KB) ( 503 )  

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在1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[BMIM]HSO₄）电镀液中,探究了18-冠醚-6添加剂对电沉积铬的影响. 紫外-可见光谱结果表明,18-冠醚-6与Cr³⁺形成配合物,使最大吸收波长发生红移. 循环伏安研究表明,Cr³⁺的还原经历了两步. 18-冠醚-6的添加使Cr³⁺的峰电位和起始还原电位均正移了220 mV. 能谱仪（EDS）结果显示,在18-冠醚-6的作用下镀层中铬含量有所提高. 铬镀层的扫描电子显微镜（SEM）表征结果表明,加入18-冠醚-6后,所得镀层的颗粒变大. 18-Crown-6/CrCl₃/[BMIM]HSO₄/H₂O电镀液中工艺优化的结果为：在温度为50 ^oC、pH值为3.5、电流密度为1200 A·m^-2、电镀时间为1.5 h的最佳工艺条件下,铬镀层的厚度达到72.5 μm,电流效率为42.3%.



溶解氧及波长对光助阳极沉积CeO₂薄膜的影响

晋通正, 杨雨萌, 范圣慧, 卫国英, 张昭

2020, 26(6):  868-875.  doi:10.13208/j.electrochem.190719

摘要 ( 1020 )   RichHTML ( 182)   PDF (1612KB) ( 866 )  

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本文主要研究在含有0.05 mol·L^-1硝酸铈、0.1 mol·L^-1乙酸铵和70%（体积比）乙醇的镀液中通过阳极电沉积法在316 L不锈钢电极表面上制备CeO₂薄膜,并讨论了三种单色光波长以及镀液中溶解氧对阳极沉积CeO₂的影响. 采用计时安培曲线、椭圆偏振光谱、扫描电子显微镜、掠角X射线衍射和拉曼光谱方法研究了薄膜的电镀行为、表面形貌及其结构. 结果表明,本研究中的有效光照射波长为365 nm和254 nm,415 nm的波长不足以将电子从导带激发到价带. 随着入射光波长从254 nm增加到415 nm,薄膜的厚度与结晶度均逐渐减小,波长的变化对CeO₂薄膜表面形貌的影响很小. 少量的氧气对光助阳极沉积CeO₂薄膜有积极作用,但会生成较多的铈的氧化物颗粒吸附在电极表面. 在光电化学系统中,O₂常用作电子捕获剂. 随着溶解氧含量的增加,O₂将捕获对沉积有积极作用的光生电子,进而抑制阳极沉积的反应速率.



全钒氧化还原液流电池用石墨毡电极的分步氧化活化

娄景媛, 尤东江, 李雪菁

2020, 26(6):  876-884.  doi:10.13208/j.electrochem.190714

摘要 ( 1349 )   RichHTML ( 185)   PDF (1125KB) ( 1146 )  

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石墨毡电极是组成钒电池的关键材料,其较低的电化学活性是造成钒电池功率密度较低的关键因素之一. 本论文采用一种简便的石墨毡电极分步氧化活化法,先将石墨毡在高锰酸钾溶液中进行氧化,后置于活化溶液中激发其反应活性. 通过对处理后的石墨毡进行循环伏安、交流阻抗测试、XPS以及SEM表征,发现氧化时间和活化溶液组成是影响电极性能的因素,在本文中,先经过3天氧化时间,后在配比为3:1的活化溶液中处理的电极,较其他方法处理的电极,电荷传递电阻明显降低,其与溶液之间的接触电阻最低,为7.33 Ω·cm ²,氧化还原峰值比更接近于1,有效提高了反应的活性与可逆性,经X射线光电子能谱分析发现性能提高的原因与表面含氧官能团数目增加有关. 单电池性能测试结果进一步证实,利用该方法处理的石墨毡为电极的单电池,较未经处理的电池相比性能更优,有更高的放电容量和能量效率,在100 mA·cm ^-2电流密度下,能量效率较未处理电极高出7.47%. 与热处理法、酸处理法及电化学氧化法相比较,该方法不需要辅助设备,不消耗能源.



低成本硫化物固态电解质Li_6-xPS_5-xCl_x的制备与性能研究

杨纳川, 王玉, 帅毅, 陈康华

2020, 26(6):  885-889.  doi:10.13208/j.electrochem.190715

摘要 ( 1206 )   RichHTML ( 198)   PDF (789KB) ( 1211 )  

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硫化物固体电解质以其室温电导率高,热稳定性好,电化学窗口宽等特点,在高功率及室温固态电池方面优势突出,是极具潜力的固态电解质材料. 但制备其所需的高纯度Li₂S原料高昂的价格使其实际应用受到掣肘,故本文使用单质锂金属（99.9%）、升华硫、氯化锂和五硫化二磷等低成本原料,采用球磨法和高温热处理制备得到了Li_6-xPS_5-xCl_x（x = 0.5）固态电解质粉末,通过X射线衍射（XRD）、拉曼（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）对Li_6-xPS_5-xCl_x（x = 0.5）固态电解质进行了表征,并使用交流阻抗法测试了其电导率,电导率可达8.29×10 ^-4 S·cm ^-1,将Li_6-xPS_5-xCl_x（x = 0.5）固态电解质粉末进行冷压制片,制成Li对Li半电池后显示了良好的循环性能.



基于取代型多酸复合材料的多巴胺电化学检测

邢逸飞, 李娜, 温晓芳, 韩宏彦, 崔敏, 张聪, 任聚杰, 籍雪平

2020, 26(6):  890-899.  doi:10.13208/j.electrochem.190716

摘要 ( 969 )   RichHTML ( 196)   PDF (1370KB) ( 1551 )  

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本文构建了基于取代型多酸与还原氧化石墨烯（RGO）复合材料的多巴胺电化学传感器. 首先,通过水热法合成了十一钨镍杂多钨硅酸盐K₂H₂SiW₁₁NiO₃₉·xH₂O（SiW₁₁Ni）,利用Hummers法与化学还原法合成了还原氧化石墨烯. 并使用SEM、XRD与FTIR等测试方法对材料进行了表征. 将SiW₁₁Ni与RGO按照一定的比例滴涂在玻碳电极表面,以便成功构建出传感界面（SiW₁₁Ni-RGO/GCE）. 然后,采用电化学阻抗法与循环伏安法等方法研究了传感界面的电化学性质. 优化实验条件后,利用该传感器通过循环伏安法对多巴胺进行定量检测,并且氧化过程展现出较为良好的性能. 其检出限为3.2 μmol·L ^-1（S/N = 3）,灵敏度为9.71 μA·(μmol·L ^-1·cm ^-2) ^-1,线性范围为10 ~ 80 μmol·L ^-1. 同时,所制备的传感器表现出良好的稳定性与抗干扰能力. 该传感器修饰过程简单、成本低、电化学性能良好,为多酸在化学传感领域的应用提供新思路.



基于纳米孔金与离子印迹聚合物结合的新型电化学传感器用于测定砷离子(III)

马武威, 常启刚, 史雄芳, 童延斌, 周立, 叶邦策, 鲁建江, 赵金虎

2020, 26(6):  900-910.  doi:10.13208/j.electrochem.191221

摘要 ( 1263 )   RichHTML ( 187)   PDF (1370KB) ( 1189 )  

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砷是一种有毒的化学元素,尤其对环境和人体健康有害. 因此,简单、快速和准确的砷离子（As³⁺）检测方法的开发引起了广泛的关注. 本项工作研究了基于离子印迹聚合物（MIP）和纳米多孔金（NPG）改性氧化铟锡（ITO）电极（MIP/NPG/ITO）用于检测不同水质中砷离子（As³⁺）测定的电化学传感器. 通过步骤简单、易操控、绿色环保的电沉积方法在ITO表面原位制备具有高导电,大比表面积,高生物相容性的NPG. 然后通过电聚合在NPG表面上原位合成一层MIP,其中As³⁺用作模板分子,邻苯二胺用作功能单体. 通过扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对MIP/NPG/ITO的制备过程进行了跟踪. 采用铁氰化钾与亚铁氰化钾螯合物作为电化学探针产生信号,采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）研究了MIP/NPG/ITO的电化学行为. 通过优化实验条件,采用循环伏安法对As³⁺进行了定量检测,其测量As³⁺的线性范围为2.0×10^-11至9.0×10^-9 mol·L^-1,检测下限为7.1×10^-12 mol·L^-1（S/N = 3）. 所构建传感器的检出限远低于10 ppb,符合世界卫生组织（WHO）和环境保护局（EPA）设定的饮用水标准. 另外,该传感器具有制备和确定步骤简单,重复性好,重现性和稳定性优异的优点. 值得一提的是,所制备的传感器已成功应用于测量景观河水、地下水、自来水和生活污水等四种水质中As³⁺. 可以预见,这种简单而廉价的传感器在环境监测,食品分析和临床诊断领域具有潜在的实际应用价值.

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詹东平

2020, 26(6):  911-913. 

摘要 ( 409 )   PDF (272KB) ( 309 )  

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2020, 26(6):  914-920. 

摘要 ( 458 )   PDF (715KB) ( 440 )  

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作者索引

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2020, 26(6):  921-924. 

摘要 ( 445 )   PDF (220KB) ( 185 )  

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