【摘 要】
:
化石燃料的不可逆消耗及其引发的能源短缺和环境污染问题为人类社会发展提出了巨大挑战,开发利用具备高比能、环境友好的电池体系已成为重要研究方向。锂离子电池自上世纪90年代开始商业化以来,迅速占据电动汽车行业和3C电子产品市场,且随着国际世界对碳排放的减排要求,电动汽车取代传统燃油汽车势在必行。但现有的锂离子电池也存在能量密度较低及安全性问题,消费电子产品的大规模运用也对能源供应提出了附加要求,如满足柔
论文部分内容阅读
化石燃料的不可逆消耗及其引发的能源短缺和环境污染问题为人类社会发展提出了巨大挑战,开发利用具备高比能、环境友好的电池体系已成为重要研究方向。锂离子电池自上世纪90年代开始商业化以来,迅速占据电动汽车行业和3C电子产品市场,且随着国际世界对碳排放的减排要求,电动汽车取代传统燃油汽车势在必行。但现有的锂离子电池也存在能量密度较低及安全性问题,消费电子产品的大规模运用也对能源供应提出了附加要求,如满足柔性、自修复性、耐受性等,因此,开发完善新型电池体系以解决上述问题具有重要意义。作为电池的核心部件,电极材料的研究至关重要。本文设计合成一种叶片状金属有机框架材料(ZIF-L),以其为前驱体通过控制高温热解条件合成一系列碳基功能材料并运用到铝/锌空和锂硫/硒电池体系中。通过控制衍生物形态、结构、组分,使其满足各种电池体系的要求,研究其在各个电池体系中所发挥的作用,以期提升电池性能。这项工作为金属有机框架衍生碳基电极材料的开发提供了参考。主要研究内容及结果如下:一、采用分子自组装方法,以硝酸锌和2-甲基咪唑为原料,水为溶剂,在室温下静置反应得到,探究了反应原料浓度与比例对产物颗粒形貌结构的影响。结果显示,ZIF-L的成功制备主要是通过控制反应原料的摩尔浓度比来控制,其中,当2-甲基咪唑与硝酸锌的浓度比在8:1时,能够成功制备出ZIF-L的叶片状形貌和层状晶体结构;当原料浓度比为4:1到16:1时,产物颗粒便显出不同的形貌,但都具有片层状特点,其晶体结构没有明显变化;当原料浓度比到32:1是,产物的形貌演变为不规整且表面粗糙的多面体,晶体结构发生明显变化。2-甲基咪唑分子的解离跟其形成的氢键对产物的结构和形貌起到了重要的调控作用。二、利用ZIF-L结构中有较大的层间空腔,能够有效吸附小分子二茂铁,而且其能够生长在任何亲水基底上。将ZIF-L生长在酸化活化的亲水性碳布上,然后使用程序性控制升温过程制备具有铁单原子的柔性自支撑电极,该电极存在的铁单原子具有很好的氧气还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)活性,其起始电位、半波电位及极限扩散电流密度能分别达到0.97 V、0.86 V和4.4 m A/cm~2,而且由ZIF-L衍生的氮掺杂碳较为均匀的附着在碳布基底,提高了电极的表面积,扩大与电解液的接触面积,调控电池离子/电子传输路径。将这种自支撑电极直接作为空气阴极组装凝胶基准固态铝空气电池,得到的电池开路电压达到2.1 V,能够以0.5 m A/cm~2电流密度持续放电超过9 h,其功率密度最高能达到3.94 m W/cm~2,证明该方法得到的电极在铝空气电池的应用上具有较大潜力。三、以Li Cl/KCl熔盐剥离ZIF-L能够得到氮掺杂石墨烯,在Li Cl/KCl熔盐中加入微量第三种过渡金属氯化物,能够得到过渡金属/氮共掺杂的石墨烯产物,制备合成了一系列包括Fe、Co、Ni、Cu等过渡金属/氮共掺杂的石墨烯结构(M/N-G)。产物的碱性ORR活性顺序为:Fe/N-G>Co/N-G>N-G>Cu/N-G>Ni/N-G。最后,以Fe/N-G为空气阴极催化剂,组装得到一次性凝胶基锌空气电池,单节锌空气电池就可以点亮LED灯,且其功率密度能达到3.25 m W/cm~2,比以Pt/C为空气阴极催化剂组装的锌空气电池还高(2.5 m W/cm~2)。四、直接热解碳化ZIF-L得到锌/氮共掺杂碳材料,叶片状形貌遭到破坏,通过控制最终热解温度,可以调控产物的杂原子掺杂量,使得碳基材料具备良好的亲硒性。以熔融扩散法将碳基材料与硒复合,获得无定形硒/碳复合材料,将获得的复合材料应用到锂电池领域,测试了该复合材料在锂电池的相关电化学性能。在锂硒电池中,800℃下热解碳化得到的碳基材料具有最好的性能,0.5 C(1 C=675 m A/g)下循环500圈后可逆容量保持在298 m Ah/g,在高电流密度10 C下其容量可达205 m Ah/g。五、以硝酸钴替代部分硝酸锌反应得到Co Zn-ZIF-L,该产物与锌基ZIF-L拥有相同的结构和形貌,碳化Co Zn-ZIF-L可以获得钴氮共掺杂的碳材料(Co-NC)。对称电池测试结果表明,材料引入的Co能够增强多硫化物的催化转化,提升碳基材料的本征催化活性,增加催化活性位点,提高材料导电性;Li2S6可视化吸附实验结果表明,Co-NC能够显著增强碳基材料对多硫化物的吸附。以熔融扩散法制备Co-NC与硫的复合正极(Co-NC@S),测试结果显示,Co-NC@S显示出较高的初始容量(0.1 C下放电容量为1250 m Ah/g,1 C=1675 m A/g),0.5 C下循环300圈后其可逆容量保持为785 m Ah/g,容量保持率为75.5%。证明该碳基材料有潜力应用于锂硫电池。
其他文献
细根,通常被认为是≤2 mm的根,是植物重要的功能性器官,也是植物最具活力的部分,负责获取必要的土壤资源,具有较短的寿命及较强的吸收能力。目前,评估物种多样性对生态系统功能影响的相关研究大多集中于草地生态系统或森林地上部分,而树种多样性如何影响地下细根动态过程还鲜为人知。本研究依托中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能研究平台(China Subtropical Forest Biodiversi
为提升煤矿安全风险分级管控和事故预测预警能力,实现煤矿行业企业的动态监管和风险防控,基于人工智能和机器学习等视频分析技术,实现对井上、井下诸多工作场景进行智能监控,自动发现隐患并报警,建立了煤矿智能视频预警系统的开发平台架构、业务应用架构,提出了煤矿智能视频预警分析指标体系、预警防控与分析方法、建立安全生产统一信息平台;分析了以视频图像数据为依托,GIS地图动态全景展示工作区规范佩戴安全帽、轨道站
1998年,党中央、国务院在长江上游、黄河上中游地区及东北、内蒙古等重点国有林区启动实施了天然林保护工程,标志着中国林业从以木材生产为主向以生态建设为主转变,这是国家为恢复森林资源、构建完备森林生态系统、保障国土生态安全而做出的一项重大决策。特别是党的十八大以来,天然林保护力度不断加大,全国范围内全面停止天然林商业性采伐,中国森林资源实现面积、蓄积的“双增长”,持续改善了森林生态系统服务功能,产生
养猪业是我国农业的支柱产业,母猪优良的繁殖性能、良好的母性和较高的断奶前仔猪存活率是养猪业获得高经济效益的重要保证。母猪杀婴行为作为一种不良的母性行为,直接造成仔猪的死亡,给养猪业带来巨大的经济损失。母猪杀婴行为受遗传、饲养管理和环境等多种因素影响。越来越多的研究表明,肠道菌群可以通过肠-脑轴影响宿主行为,但肠道菌群是否影响母猪杀婴行为的产生目前还未知。本研究采集了两个母猪群体的72头杀婴行为母猪
中华蜜蜂(Apis cerana cerana),简称中蜂,是重要的授粉昆虫,已经进化出适应当地生态环境的体色性状,工蜂主要表现为头部和胸部黑色、腹部黄-黑色,而雄蜂则为全黑色。蜂群中出现的棕色雄蜂经过育种保种,已经培育出带有该突变基因的蜂王,其所产工蜂和雄蜂除表现为正常体色外,部分工蜂还表现为头胸部棕色、腹部黄-棕色,而雄蜂为全棕色,将其命名为棕色(brown,br)突变体。该突变体是研究蜜蜂体
江西赣州分布着大面积稀土尾矿,这些地区植被破坏严重、大量浸矿剂残留,造成水土流失、面源污染以及生态环境恶化等。草沟作为生态修复治理中应用广泛的一种生态措施,在拦截泥沙、减少面源污染方面有良好效果,而目前连续冲刷条件下生态草沟泥沙和氮输移特征等方面研究还不够深入。因此,本文以赣南稀土尾矿为土样采集区,选择适宜研究区生态草沟的优势草种,采用室内模拟、统计分析等方法,对草被覆盖和裸土(对照)两种沟道进行
<正>【设计理念】“积极与父母沟通”是《中小学心理健康教育指导纲要》的主要内容之一。处于青春期的初中生,伴随着成人感和独立意识的增强,渴望平等、尊重、理解与信任。有些父母在爱孩子的同时忽略了孩子对信任和尊重、独立和自主等的需求,因而易造成亲子沟通困难。因此,本课旨在引导学生体会父母对自己的爱,理解父母,从冲突情境中探索冲突背后的原因,尝试站在双方内在需求的角度合理表达自己的需求,
以氧化镁、氯化镁水溶液为主要原料,以磷酸三钠为缓凝剂制得氯氧镁无机胶粘剂,然后采用常温冷压工艺制备胶合板,并对无机胶粘剂的微观结构和初凝时间、胶合板的力学性能进行测试表征。试验结果表明,添加磷酸三钠能有效延长氯氧镁胶粘剂的初凝时间;胶合板的弹性模量、静曲强度随磷酸三钠用量的增加而降低;磷酸三钠用量为0.6%时,胶合板的吸水率最大,阻燃性能最差;当磷酸三钠用量为0.8%时,胶粘剂中的518相含量最高
骨髓抑制是化疗后常见并发症,患者会出现免疫抑制、贫血、出血等临床表现,严重时患者不能完成足量、全程的化疗。引起骨髓抑制的机制主要包括2个方面:一方面,化疗通过诱导造血干细胞衰老和造血祖细胞凋亡,影响骨髓的造血功能;另一方面,化疗还能通过诱导骨髓成骨-成脂分化异常,破坏造血生态位,导致信号通路异常,造血生长因子紊乱,影响造血微环境。在治疗骨髓抑制方面,传统医学凭借其多靶点、毒副作用小、成本低等优势得
近年来,随着碳达峰计划发布,我国能源开发逐步由化石能源向清洁能源转变,该举措对建设环境友好型、资源节约型的现代化社会及应对全球变暖等问题具有重大积极意义。我国海上风能资源丰富,可大力建设海上风力发电机组以实现对风能资源的充分开发和利用。在海上发电机组的建设中,灌浆连接是上部风机与下部基础重要的连接方式,采用性能优异的灌浆材料对风机结构的稳定性尤为重要。现场施工中,过低的水胶比使得灌浆材料流动性较差