电极材料

近期，中科院合肥物质院固体所赵邦传研究员团队在高性能水系锌离子电池电极材料研究方面取得系列进展，通过磁场 -电化学缺陷工程协同作用获得了一种超长寿命的 VS2基水系锌离子电池，并探索了 VS2在柔性自愈合锌离子电池中的应用。相关结果发表在 Materials Horizons 和 Small上。 　　水系电池因其低成本和高安全性在大规模储能领域具有广阔的应用前景，是锂离子电池的有力补充。其中，水系锌离子电池因锌金属高的理论比容量 (820 mAh g-1)和低的氧化还原电位 (-0.76 V vs. SHE)而备受关注。然而，通常锌离子电池正极材料的电化学性能有限，负极锌枝晶生长现象严重，使得锌离子电池的能量密度偏低，循环寿命偏差。因此，设计制备高能量密度正极材料和抑制锌枝晶的生长是开发高性能锌离子电池的两个关键因素。在此基础上，进一步制备柔性电池可有效拓宽储能器件的应用领域和范围。 　　鉴于此，研究人员采用一步水热结合高充电截止电压下原位电化学缺陷工程制备了一种具有手风琴状的VS2材料。该VS2材料晶格发生了有益的畸变，具有丰富的空位。材料独特的结构解锁了Zn2+沿c轴方向的传输，实现Zn2+沿ab面和c轴方向的3D传输，并可有效减小锌离子与VS2之间的静电相互作用，材料的比容量和倍率性能较为优异。同时，研究人员通过引入磁场的方法调节了电池中锌离子的运动方式，抑制了锌枝晶的生长，实现7400圈的超长循环寿命。 　　此外，团队通过简单的水热方法在柔性碳泡沫(CF)基底上生长了VS2纳米片阵列，制备了柔性VS2电极材料(VS2@CF)，探索了VS2在柔性锌离子电池方面的应用。得益于CF的高导电性和3D多孔骨架结构，VS2@CF表现出优异的倍率性能(5 A g-1时172.8 mAh g-1)和循环稳定性(1 A g-1下1000次循环后130.2 mAh g-1)。更重要的是，由VS2@CF正极、CF支撑的Zn负极和凝胶电解质组装的准固态电池VS2@CF//Zn@CF同样表现出优异的倍率性能( 0.2 A g-1时261.5 mAh g-1，5 A g-1时149.8 mAh g-1)和循环稳定性(1 A g-1下100次循环后126.6 mAh g-1)。VS2@CF//Zn@CF全电池还表现出良好的柔韧性和自愈性能，在不同弯曲角度下都具有较高的比容量，被剪开能迅速自愈合，并且愈合后能正常充放电。 　　合肥物质院固体所博士研究生毛云杰为论文第一作者，高能物理研究所散裂中子源科学中心司建国博士后对论文的部分结果进行了理论解释。该研究工作得到国家重点研发计划、安徽省重点研发计划、合肥大科学中心高端用户和合肥物质院院长基金等项目的支持。图 1. Zn-VS2 AZIB的结构示意图及电化学性能： (a) 结构示意图； (b) 循环性能； (c) 富含空位 VS2与其它类似结构正极材料的 Ragone图； (d)由 Zn-VS2电池供电的 LED灯光学照片。图 2. ( a)不同弯曲角度下的 VS2@CF//Zn@CF光学照片。 VS2@CF//Zn@CF电池的( b)循环性能和( c)倍率性能；( d)不同弯曲角度下的 GCD曲线；( e)由 VS2@CF//Zn@CF准固态电池点亮的商用 LED灯条。

德国元素Elementar | 新能源汽车行业电极材料分析解决方案对于新能源领域的发展来说，电池是关键的环节，也是近年来产业链中投资火热的领域之一。动力电池性能指标主要有储能密度、循环寿命、充电速度、抗高低温和安全性五个维度，其中储能密度和安全性是两大刚需，凭借这两点磷酸铁锂电池和三元锂动力电池跻身主流市场，分别应用于电动客车和电动乘用车市场。 三元锂动力电池是锂电池的一种，是指采用镍钴锰酸锂做正极材料的锂电池。而另一种锂离子电池阳极材料是磷酸铁锂，化学式为LiFePO4，主要用于各种锂离子电池。随着电池行业的快速发展，相关公司针对于现有的三元锂电体系，提出了无钴电池材料的研发方向，由于钴的价格比较昂贵，可以通过增加镍的含量，来增加能量密度和降低成本。 硅材料是目前已知的拥有最高理论比容量的负极材料，作为锂电池负极，在提高动力电池性能上有着巨大的潜力，并且工业上大规模应用的时间窗口已经来临。但是，硅负极材料具有较高的体积膨胀，纯硅作为锂离子电池负极材料时极易粉化、脱落，从而与电解液不断形成新的SEI膜，其电化学性能较差。因此硅碳复合材料是作为锂离子电池负极材料的理想选择。而对于以上的锂电池材料来说，碳硫元素含量的测量至关重要。因为这两种元素含量的范围会对锂电材料的充放电速率，电池容量以及电化学性能有很大影响。这里选择了来自于德国元素的inductar CS cube对于这三种材料进行测量：inductar CS cube 红外碳硫仪应用领域：黑色系金属合金，有色金属，有色金属，碳化物及陶瓷材料，地质矿物，电极材料的碳硫分析。特点：创新性坩埚设计，无需动力气清洁型燃烧（低灰尘和尘屑），无需外接吸尘器加热的除尘过滤器，配备了高效的风冷水冷装置可自由程序变化输出功率的感应炉 可自由程序变化的注氧流速燃烧过程可由光学摄像系统观察专利球夹设计，实现免工具维护

近日，中国科学院城市环境研究所郑煜铭团队（污染防治材料与技术研究组）在废弃生物质多孔碳应用于电容脱盐方面取得新进展。该研究揭示了提高碳电极材料石墨氮含量对增强电容脱盐性能的内在机制。 碳材料因储量丰富、环境相容性高，成为电容去离子（Capacitive deionization，CDI）电极材料研究的热点。然而，制备良好亲水性、高比表面积、适合孔径分布、高导电性、稳定电化学性能的碳电极材料颇具挑战性。因此，亟需发展一种绿色、低成本的方法来制备具有特定形态或孔隙结构的杂原子掺杂碳电极材料。近年来，杂原子掺杂工程为制备高性能CDI电极材料提供了新思路。基于此，中国科学院城市环境研究所郑煜铭团队以溶解有废弃蚕茧的汰头废水为氮和碳源，运用ZnCl2活化-碳化工艺制备了氮掺杂分级多孔碳（NPC），并将其作为电极材料用于CDI脱盐，实现废弃物资源化（如图）。研究发现：提高石墨氮含量可有效降低电极材料本征电阻，减小脱盐能耗；同时可增加电极材料内部缺陷形成赝电容吸附位点，进一步增大脱盐容量。优化后的NPC-1.5电极材料的电吸附容量可达22.19 mg g-1，平均脱盐速率为1.1 mg g-1 min-1，优于已报道的活性炭和其他多孔碳电极材料；经过50次循环利用后，NPC-1.5仍能保持初始电吸附容量的97%，表明该材料在海水淡化方面具有应用潜力。 相关研究成果以Silkworm cocoon waste-derived nitrogen-doped hierarchical porous carbon as robust electrode materials for efficient capacitive desalination为题，发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到国家自然科学基金面上项目和中国科学院青年创新促进会等的支持。  NPC的制备及其CDI脱盐示意图