【摘 要】
：
能源危机和温室效应等问题日益严重,迫使人们探寻清洁的可再生能源替代传统能源以实现可持续发展。然而自然界的可再生能源发电具有间歇性的缺陷,电池是一种理想的能量储存与转运的设备,可实现电力的供需平衡。锂离子电池因比能量高、稳定性好、无记忆效应等优点而受到关注,并被广泛用于各种电子设备中。然而目前商业化的石墨基负极材料的容量有限,无法满足动力电池对于高功率密度和高能量密度的需求。黑磷因具有理论比容量较高
论文部分内容阅读
能源危机和温室效应等问题日益严重,迫使人们探寻清洁的可再生能源替代传统能源以实现可持续发展。然而自然界的可再生能源发电具有间歇性的缺陷,电池是一种理想的能量储存与转运的设备,可实现电力的供需平衡。锂离子电池因比能量高、稳定性好、无记忆效应等优点而受到关注,并被广泛用于各种电子设备中。然而目前商业化的石墨基负极材料的容量有限,无法满足动力电池对于高功率密度和高能量密度的需求。黑磷因具有理论比容量较高、锂离子扩散势垒低、快充安全性高等优点,被认为是一种理想的新型负极材料,然而黑磷在循环过程中体积变化较大,不稳定的电极/电解液界面,以及多磷化锂的穿梭效应,导致磷负极的电化学性能较差,此外磷在空气下易被氧化,无法经受目前的电池制造工艺。本论文针对磷负极电化学性能与空气稳定性较差的问题,采用导电聚合物包覆改性磷负极。主要研究成果如下:针对磷负极在空气中不稳定的问题,选取简便高效的高能球磨法和液相原位聚合法,将聚吡咯包覆在磷碳复合物表面,制备了BP/G@PPy负极材料,将BP/G@PPy和BP/G的粉体材料和极片分别放置于高温和高湿度的空气环境中,以电化学性能为指标,考察聚吡咯包覆层对于磷负极空气稳定性的提升作用,结果表明聚吡咯包覆层避免了磷与空气的直接接触,抑制了磷与空气的反应,从而提升了磷负极在高温和高湿度的空气环境下的稳定性,对于磷负极适配目前的电池处理工艺具有指导意义。针对磷负极体积膨胀大、电极/电解液间副反应,以及多磷化锂溶出引起的电化学性能差的问题,选取简便高效的高能球磨法和液相原位聚合法,将聚吡咯包覆在磷碳复合物表面,制备了BP/CNT@PPy负极材料,进行电化学测试,并采用DFT计算探究了聚吡咯包覆改性的作用机制,结果表明导电且柔性的聚吡咯包覆层有效缓解了磷循环过程中较大的体积变化,提升了电极整体的电导率,抑制了电极/电解液间的副反应,并且聚吡咯对磷的锂化中间产物有较强的吸附作用,抑制了穿梭效应,从而提升了磷负极的电化学性能,该方法有大规模制备的潜力,对于今后磷负极大规模商业化有一定的指导意义。
其他文献
生物质转化利用可缓解能源和环境问题,脂肪酸酯经加氢脱氧可制备柴油类烃。通常,加氢脱氧是在外部提供氢气的条件下进行,但氢气在储存和运输等过程中存在安全问题。将原位水相重整制氢和加氢脱氧耦合的原位加氢脱氧技术可避免外部供氢存在的问题。本文开展了以棕榈酸甲酯为模型反应物、甲醇为供氢剂的水相原位加氢脱氧催化剂制备和性能研究。由于苛刻的水热条件易导致催化剂烧结、活性组分流失及结构破坏,本文设计制备了碳包覆镍
低温CO氧化同时具备关键的应用价值和研究意义。铜锰复合氧化物作为常用的CO氧化催化剂,廉价易得且性能优异,通过调控其结构,改变催化剂的物理化学性质及铜锰物种之间的协同效应均能提高CO氧化反应的活性。据此,本论文研究了铜锰基复合氧化物的改性对于CO氧化反应的影响,探究其构效关系。本论文通过对铜锰基复合氧化物的制备条件的探索,得到最优催化剂及其处理条件。对催化剂的结构和表面特征进行了N2吸附-脱附、X
离心萃取是化工过程中重要的单元操作,在过程工业中有着广泛的应用。萃取器的结构对萃取效率有重要影响,然而,目前关于萃取效率的研究较少。本文使用3D打印技术自制的环隙式离心萃取器,以环己烷-异丙醇-水为实验物系,探究了不同结构参数下萃取效率的变化。实验结果表明,当环隙宽度分别为3.0 mm、4.0 mm和5.0 mm时,萃取效率分别为94.5%、89.6%和85.5%。间隙高度从3.0 mm增加到5.
近年来,作为大气污染中的主要污染物之一,一氧化氮（NO）已经引起了严重的环境问题,比如光化学烟雾、酸雨以及臭氧层的破坏等。而当前,去除NO最为广泛的方式是选择性催化还原（SCR）技术,通过使用该技术可以将NO转化为无毒无害的氮气并释放出来。但是,由于SCR技术主要以宝贵的氨（NH3）或氢（H2）作为还原剂,而不是一个理想的方法。因此,借鉴电催化水分解析氢反应（HER）的思路,利用水中的氢源在温和条
随着我国经济社会的进步,环境污染和能源短缺等问题也在不断加剧,寻找更多清洁能源成为解决这些问题的重要手段。锂离子电池因其具有良好的循环稳定性、高能量密度、环保等特点,在新一代能源材料中引起了广泛关注。然而,目前我国大多数商业化的石墨负极因其较低的理论比容量（372 m A·h/g）,很难满足人们的需求。硅是一种最有希望取代传统工业石墨负极的材料,它具有储量丰富、绿色环保等显著优势,其理论比容量高达
近红外染料构筑的J-聚集体具有吸收谱带窄,摩尔吸收系数大、斯托克斯位移小的独特性质,广泛应用于生物成像、化学传感器、光动力治疗和光热治疗等领域。本论文旨在设计和合成一系列两亲性氮杂氟硼二吡咯（aza-BODIPY）染料,通过在极性溶剂中的超分子组装构筑具有不同近红外光学性质的J-聚集体,并对聚集体的结构和自组装过程进行研究。设计和合成了一系列含十二烷氧基疏水链及聚氧乙烯亲水链的两亲性染料分子aza
过程强化是现代化工过程研究的重要部分。传热强化通过在管内添加静态混合器来提高对流换热系数,已有大量针对静态混合器构效关系的研究并得到不同适用范围的经验关联式,但这些研究都没有注重实验设计方法可能带来的影响。本文提出了一种结合拉丁超立方抽样（Latin hypercube sampling,LHS）和偏最小二乘回归（Partial least squares regression,PLS）的实验设计
锂金属负极因其极高的理论比容量（3860 mAh g-1）和极低的氧化还原电位（相对于标准氢电极为-3.04V）被认为是电极材料中的“圣杯”,有望取代石墨负极成为下一代高比能量储能电池的负极材料。在低温研究领域中,锂金属电池区别于传统锂离子电池,无需使用石墨负极和高凝固点的碳酸乙烯酯（EC）溶剂,避免了因低温造成的析锂问题,同时在电解液设计上也提供了探究更好去溶剂动力学溶剂的可能性。然而锂金属负极
乏汽冷凝设备是热力发电系统中重要的环节,直接接触冷凝具有传热效率高、流动阻力小、设备简单和结垢问题不突出的优点,研究乏汽在塔设备内的直接接触冷凝具有一定的理论意义和重要的应用价值。本文搭建了一套并流式乏汽直接接触冷凝实验系统,分别在空塔和填料塔条件下开展实验研究,考察蒸汽温度、蒸汽流量、冷却水温度、冷却水流量和塔径等参数对冷凝过程的影响,取得结果如下:（1）乏汽直接接触冷凝可以获得低至1℃的过冷度
磷具有颜色丰富的同素异形体（白磷、红磷、紫磷、黑磷和蓝磷等）。黑磷作为层状材料,拥有依赖层数的带隙和高载流子迁移率等性质。在场效应晶体管、光电晶体管、催化剂和传感器等领域,黑磷都受到了广泛的关注。黑磷的研究热潮促进了对磷的新型同素异形体的探索。本文通过化学气相沉积法首次制备了一种新的磷同素异形体-绿色磷,研究了绿色磷的性质和形成影响因素。基于绿色磷与碳基底的相互作用,将绿色磷纳米颗粒负载于碳纸基底