碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以直接将氢的化学能转化为电能,被认为是新兴绿色氢经济的基石技术.但其阳极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢,严重依赖于Pt基催化剂.由于Pt基催化剂极易被CO毒化、动力学过程复杂以及价格昂贵,极大限制了...碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以直接将氢的化学能转化为电能,被认为是新兴绿色氢经济的基石技术.但其阳极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢,严重依赖于Pt基催化剂.由于Pt基催化剂极易被CO毒化、动力学过程复杂以及价格昂贵,极大限制了其商业化应用.因此,亟需开发高效、稳定和抗CO毒化能力强的新型HOR催化剂.Pd具有与Pt相似的氢键结合能,并且比Pt储量丰富,有望成为实现HOR的候选催化剂.然而,Pd的本征催化活性和Pt相比仍有很大差距.近年来,磷化钯因具有功能多样性和高催化活性被广泛关注.此外,缺陷工程可以有效调控催化剂的表面结构,改善中间体的吸附强度,提高催化剂的催化活性.因此,构建富含缺陷的磷化钯催化剂有望提高其HOR的性能.然而,该方向研究较少,反应机理尚不清楚.因此,阐明空位缺陷对于提高磷化钯催化剂HOR性能的作用机制,对促进AEMFCs电催化反应具有重要意义.本文通过溶胶-凝胶法以及低温磷化策略合成了一种碗状半球结构的富含磷空位Pd3P@C(V_(p)-Pd_(3)P@C)催化剂,并用于碱性HOR.在磷化过程中,通过调整Pd前驱体和磷源比例以及煅烧温度,在碳碗状半球载体上合成具有不同晶相组成(Pd/Pd_(3)P@C,Pd_(3.20)P_(12)@C,Pd_(3)P@C,和Pd_(5)P_(2)@C)的Pd_(x)P_(y)@C催化剂.扫描电镜和透射电镜证实了催化剂为碗状半球形貌.利用电子顺磁共振波谱研究了Pd_(x)P_(y)@C催化剂的磷空位浓度,结果表明,Pd/P比例为1:3时,在350℃下煅烧得到的Vp-Pd_(3)P@C具有最高的磷空位浓度.X射线光电子能谱证实了磷空位促进了d-p轨道杂化,增强了Pd和磷之间的电子相互作用.电化学测试结果表明,Vp-Pd_(3)P@C具有最高的HOR性能,Vp-Pd_(3)P@C在50 mV的质量活性为1.66 mAμg_(Pd)^(–1),交换电流密度为3.2 mA cm^(–2),优于Pd3P(0.45 mAμg_(Pd)^(-1),1.78 mA cm^(–2))和商业Pt/C(0.3 mAμg_(Pd)^(-1),2.29 mA cm^(–2)).同时,该催化�展开更多
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...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Na_(0.67)Fe1/3Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(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0.1C下的初始放电比容量分别为91.1 m Ah/g和129.8 m Ah/g;1C倍率下循环100周后的容量保留率分别为100%和90%。即使在10C的高倍率下,NFCMO-LN仍能提供56.2 m Ah/g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。展开更多
以磷酸铁锂为正极活性材料,采用直接混合法,研究了添加质量分数为0.5%、1%和1.5%的石墨烯对锂离子电容器电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分别对材料形貌、结构等进行了分析,并比较了掺杂不同石墨烯的电极材料恒流充放...以磷酸铁锂为正极活性材料,采用直接混合法,研究了添加质量分数为0.5%、1%和1.5%的石墨烯对锂离子电容器电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分别对材料形貌、结构等进行了分析,并比较了掺杂不同石墨烯的电极材料恒流充放电性能和循环性能。结果表明,石墨烯是一种三维自支撑片状结构,粉末材料是独立形成的,并且不易团聚,纳米磷酸铁锂颗粒分散均匀,颗粒呈类球型状;掺杂不同量的石墨烯对磷酸铁锂本身结构几乎没有影响;掺杂1.5%石墨烯电极性能最好,高倍率5C时,放电比容量96 m Ah/g,容量保持率77%,当恢复到0.1C时,放电比容量是初始容量的95%,循环500圈后容量保持率达92%,阻抗最小,为0.366 1Ω。展开更多
采用高温固相法合成了LiFePO_4/C和Al、Mg共掺杂的LiFe_(0.95)Al_(0.03)Mg_(0.02)PO_4/C复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量仪(EDS)、恒流充放电测试、循环伏安法(CV)等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行...采用高温固相法合成了LiFePO_4/C和Al、Mg共掺杂的LiFe_(0.95)Al_(0.03)Mg_(0.02)PO_4/C复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量仪(EDS)、恒流充放电测试、循环伏安法(CV)等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征。XRD结果表明,Al、Mg共掺杂后的样品并没有破坏LiFePO_4的橄榄石结构,同时还增强了LiFePO_4结构的稳定性、提高了电子导电性和Li+扩散速度;通过SEM和EDS观测到LiFePO_4呈球形颗粒,并在复合样品中检测到有Al和Mg元素存在。分别以0.5C、1C、3C和5C倍率充放电,LiFe_(0.95)Al_(0.03)Mg_(0.02)PO_4/C的放电比容量分别为145.1、142.6、133.2和124.9 m Ah/g; 1C倍率下循环30次后仍保持99.2%的初始容量,显示出良好的循环寿命。展开更多
以乙酸锂、乙酸镍、乙酸锰为原料,采用乙二醇辅助溶胶凝胶法合成了高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对样品进行表征,用充放电测试和电化学阻抗对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4样品进...以乙酸锂、乙酸镍、乙酸锰为原料,采用乙二醇辅助溶胶凝胶法合成了高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对样品进行表征,用充放电测试和电化学阻抗对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4样品进行电化学性能测试。结果表明,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4样品都具有Fd3m尖晶石结构,且无明显杂质相,样品在900℃分别烧结2 h、6 h和10 h后,在1C下首次放电比容量分别为123、137和124 m Ah/g,循环230次后的容量保持率分别为92%、98%和96%。其中900℃烧结6 h样品电化学性能最佳,4C充电8C放电,循环500次后容量依然保持在125 m Ah/g,容量保持率为94%。展开更多
为进一步提高动力电池正极材料锰酸锂(LiMn_2O_4)的循环稳定性,通过溶胶-凝胶法用快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3作为包覆材料对LiMn_2O_4进行表面修饰,探讨了不同包覆量对复合材料电化学性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫...为进一步提高动力电池正极材料锰酸锂(LiMn_2O_4)的循环稳定性,通过溶胶-凝胶法用快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3作为包覆材料对LiMn_2O_4进行表面修饰,探讨了不同包覆量对复合材料电化学性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的微观结构以及形貌进行表征。结果表明:La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3的包覆并没有改变LiMn_2O_4晶体结构及空间构型;相比纯的LiMn_2O_4样品,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品颗粒表面较为粗糙;涂层为薄膜状结构,均匀且完全包覆在LiMn_2O_4颗粒的表面。利用电化学测试方法测试其电化学性能,测试结果表明,当La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆量为5%时,具有较好的电化学性能,首次放电比容量为127.4 m A·h/g(0.1 C),25℃循环400次后容量保持率为91.2%,55℃循环100次后容量保持率为91.1%;与未经表面修饰的样品相比,其首次放电比容量为119.1 m A·h/g(0.1 C),400次的容量保持率为61.9%,100次容量保持率为77.9%,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品的电化学性能尤其是循环性能得到明显的提高。展开更多
文摘碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以直接将氢的化学能转化为电能,被认为是新兴绿色氢经济的基石技术.但其阳极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢,严重依赖于Pt基催化剂.由于Pt基催化剂极易被CO毒化、动力学过程复杂以及价格昂贵,极大限制了其商业化应用.因此,亟需开发高效、稳定和抗CO毒化能力强的新型HOR催化剂.Pd具有与Pt相似的氢键结合能,并且比Pt储量丰富,有望成为实现HOR的候选催化剂.然而,Pd的本征催化活性和Pt相比仍有很大差距.近年来,磷化钯因具有功能多样性和高催化活性被广泛关注.此外,缺陷工程可以有效调控催化剂的表面结构,改善中间体的吸附强度,提高催化剂的催化活性.因此,构建富含缺陷的磷化钯催化剂有望提高其HOR的性能.然而,该方向研究较少,反应机理尚不清楚.因此,阐明空位缺陷对于提高磷化钯催化剂HOR性能的作用机制,对促进AEMFCs电催化反应具有重要意义.本文通过溶胶-凝胶法以及低温磷化策略合成了一种碗状半球结构的富含磷空位Pd3P@C(V_(p)-Pd_(3)P@C)催化剂,并用于碱性HOR.在磷化过程中,通过调整Pd前驱体和磷源比例以及煅烧温度,在碳碗状半球载体上合成具有不同晶相组成(Pd/Pd_(3)P@C,Pd_(3.20)P_(12)@C,Pd_(3)P@C,和Pd_(5)P_(2)@C)的Pd_(x)P_(y)@C催化剂.扫描电镜和透射电镜证实了催化剂为碗状半球形貌.利用电子顺磁共振波谱研究了Pd_(x)P_(y)@C催化剂的磷空位浓度,结果表明,Pd/P比例为1:3时,在350℃下煅烧得到的Vp-Pd_(3)P@C具有最高的磷空位浓度.X射线光电子能谱证实了磷空位促进了d-p轨道杂化,增强了Pd和磷之间的电子相互作用.电化学测试结果表明,Vp-Pd_(3)P@C具有最高的HOR性能,Vp-Pd_(3)P@C在50 mV的质量活性为1.66 mAμg_(Pd)^(–1),交换电流密度为3.2 mA cm^(–2),优于Pd3P(0.45 mAμg_(Pd)^(-1),1.78 mA cm^(–2))和商业Pt/C(0.3 mAμg_(Pd)^(-1),2.29 mA cm^(–2)).同时,该催化�
文摘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Na_(0.67)Fe1/3Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(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0.1C下的初始放电比容量分别为91.1 m Ah/g和129.8 m Ah/g;1C倍率下循环100周后的容量保留率分别为100%和90%。即使在10C的高倍率下,NFCMO-LN仍能提供56.2 m Ah/g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。
文摘以磷酸铁锂为正极活性材料,采用直接混合法,研究了添加质量分数为0.5%、1%和1.5%的石墨烯对锂离子电容器电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分别对材料形貌、结构等进行了分析,并比较了掺杂不同石墨烯的电极材料恒流充放电性能和循环性能。结果表明,石墨烯是一种三维自支撑片状结构,粉末材料是独立形成的,并且不易团聚,纳米磷酸铁锂颗粒分散均匀,颗粒呈类球型状;掺杂不同量的石墨烯对磷酸铁锂本身结构几乎没有影响;掺杂1.5%石墨烯电极性能最好,高倍率5C时,放电比容量96 m Ah/g,容量保持率77%,当恢复到0.1C时,放电比容量是初始容量的95%,循环500圈后容量保持率达92%,阻抗最小,为0.366 1Ω。
文摘以无机铝盐Al(NO3)3·9H2O为原料,氨水为沉淀剂,通过溶胶-凝胶法在Li Mn2O4表面包覆一层二维纳米状Al2O3。通过XRD、SEM、TEM和电化学测试对样品的晶体结构、表面形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,此方法合成的锰酸锂表面均匀包覆了一层二维纳米氧化铝,呈蓬松无序状,厚度约为50 nm。电化学测试结果表明:该复合材料的首次放电比容量为112.7 m Ah/g(0.1C),1C倍率循环400周容量保持率为78.35%。
文摘采用高温固相法合成了LiFePO_4/C和Al、Mg共掺杂的LiFe_(0.95)Al_(0.03)Mg_(0.02)PO_4/C复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量仪(EDS)、恒流充放电测试、循环伏安法(CV)等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行了表征。XRD结果表明,Al、Mg共掺杂后的样品并没有破坏LiFePO_4的橄榄石结构,同时还增强了LiFePO_4结构的稳定性、提高了电子导电性和Li+扩散速度;通过SEM和EDS观测到LiFePO_4呈球形颗粒,并在复合样品中检测到有Al和Mg元素存在。分别以0.5C、1C、3C和5C倍率充放电,LiFe_(0.95)Al_(0.03)Mg_(0.02)PO_4/C的放电比容量分别为145.1、142.6、133.2和124.9 m Ah/g; 1C倍率下循环30次后仍保持99.2%的初始容量,显示出良好的循环寿命。
基金supported by the National Nat-ural Science Foundation of China(22162006)the China Postdoctoral Science Foundation(2021M 691366)the Natural Science Foundation of Shanxi Province(20210302124473).
文摘以氯化胆碱/尿素低共熔溶剂为介质通过恒电位沉积法成功制备了形状和尺寸均一的橄榄状镧粒子.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散谱(EDX)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对所制备的样品进行表征.同时,研究了沉积电位、温度和时间等因素对样品尺寸、形貌的影响,确定恒电位法制备橄榄状镧粒子的工艺优化条件为沉积电位-1.7 V、温度80oC和沉积时间15 min.
文摘以乙酸锂、乙酸镍、乙酸锰为原料,采用乙二醇辅助溶胶凝胶法合成了高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对样品进行表征,用充放电测试和电化学阻抗对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4样品进行电化学性能测试。结果表明,LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4样品都具有Fd3m尖晶石结构,且无明显杂质相,样品在900℃分别烧结2 h、6 h和10 h后,在1C下首次放电比容量分别为123、137和124 m Ah/g,循环230次后的容量保持率分别为92%、98%和96%。其中900℃烧结6 h样品电化学性能最佳,4C充电8C放电,循环500次后容量依然保持在125 m Ah/g,容量保持率为94%。
文摘为进一步提高动力电池正极材料锰酸锂(LiMn_2O_4)的循环稳定性,通过溶胶-凝胶法用快离子导体La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3作为包覆材料对LiMn_2O_4进行表面修饰,探讨了不同包覆量对复合材料电化学性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的微观结构以及形貌进行表征。结果表明:La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3的包覆并没有改变LiMn_2O_4晶体结构及空间构型;相比纯的LiMn_2O_4样品,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品颗粒表面较为粗糙;涂层为薄膜状结构,均匀且完全包覆在LiMn_2O_4颗粒的表面。利用电化学测试方法测试其电化学性能,测试结果表明,当La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆量为5%时,具有较好的电化学性能,首次放电比容量为127.4 m A·h/g(0.1 C),25℃循环400次后容量保持率为91.2%,55℃循环100次后容量保持率为91.1%;与未经表面修饰的样品相比,其首次放电比容量为119.1 m A·h/g(0.1 C),400次的容量保持率为61.9%,100次容量保持率为77.9%,La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3包覆后的样品的电化学性能尤其是循环性能得到明显的提高。
