摘要：转换型阳极材料因较高的比容量在储锂方面具有较大的应用潜力,但是严重的体积膨胀和低电导率限制了此类电极材料的倍率和循环性能.本研究设计了一种双金属锌锰基金属有机骨架(ZnMn-MOF)材料,并成功地将其转化成多孔炭封装的MnO颗粒(MnO/PC)复合电极材料.配位锌组元的模板和活化作用赋予PC基体多孔结构,能够显著地提高PC基体与MnO颗粒的相容性,导致MnO颗粒完全封装于PC基体中.更重要的是,PC基体的多孔结构为缓冲MnO的体积变化提供了足够的空间,经过反复的充放电循环后MnO仍完全封装于PC基体而不发生破裂乃至破碎.研究结果表明,MnO/PC同时具有较高的电荷储存容量、优异的倍率性能和超长的循环稳定性.MnO/PC在0.1 A g^(-1)时具有768 mA h g^(-1)的比容量,在0.7 A g^(-1)时其比容量仍能保持487 mA h g^(-1),并且在0.3 A g^(-1)循环500次后性能未衰减.值得关注的是,MnO/PC在锂离子电容器中与电容型活性炭电极表现出良好的匹配性,组装的锂离子电容器在比功率为210Wkg^(-1)时实现了153.6Wh kg^(-1)的比能量,并且在比功率为63.0kW kg^(-1)时仍能维持71.8W h kg^(-1)的比能量.
摘要：在传统的超级电容器中,有机电解质的存在导致其安全性和灵活性能差,限制了超级电容器的发展和应用.因此,我们开发了一种简易制备的具有强阻燃性、热稳定性、灵活性和电化学特性的离子凝胶超级电容器.具体来说,通过在电极上使用离子凝胶电解质的原位交联,获得了具有优良性能的离子凝胶超级电容器.在离子凝胶电解质中引入大量含醚的柔性链段后,其室温电导率可以高达6.5×10^(−3)S cm^(−1).同时,原位交联的制备方法使电解质和电极之间具有紧密的界面接触.由于该离子凝胶电解质具有紧密的电极/电解质界面接触和良好的机械特性,使其在弯曲时保持了稳定的电化学性能.此外,在交联的电解质中加入二氮杂萘结构为离子凝胶电解质提供了良好的阻燃性和热稳定性,使其能够在150℃下保持30分钟的尺寸稳定性.使用离子凝胶电解质制备的超级电容器的比容量为105 F g^(-1),能量密度为41.6 W h kg^(-1).这项工作为制备和优化离子凝胶交联电解质提供了一种实用方法和新的见解.
摘要：嵌入型过渡金属氧化物因具有安全的工作电压、高比容量和快速的嵌锂能力而受到广泛关注.但低本征电导率特性严重影响其作为锂电负极材料的寿命和性能.本文通过简便易行、可规模化放大的二氧化碳热处理方法构筑了具有新型嵌覆型碳结构的Nb_(2)O_(5)/C纳米杂化材料.在控制碳含量的前提下,实现了颗粒聚集体内部表面可控碳包覆.以嵌覆型碳结构的Nb_(2)O_(5)/C纳米杂化材料为负极组装的锂离子电池在40 mA g(-1)电流密度下容量可达387 mA hg(-1),而在200 mA g(-1)电流密度下循环500次后,容量保持率在92%以上.采用电化学滴定、差分电化学质谱(DEMS)等方法对嵌覆型五氧化二铌/碳纳米杂化材料脱嵌锂动力学过程以及产气行为进行了研究.本文提出的嵌覆型碳结构有望为高性能嵌入型过渡金属氧化物的结构设计提供参考.
摘要：水系锌基电池具有低成本和高安全性的优点,是很有潜力的储能技术.然而,枝晶、副反应和较差的低温性能限制了其实际应用,这与电解液的溶液组成密切相关.在本工作中,我们通过调控丙二醇电解液的溶剂结构及键相互作用,有效抑制了锌枝晶和副反应.丙二醇具有较高的电子云密度和DN(Donor number)值,可以破坏水分子间和水分子与Zn^(2+)间的相互作用,从而提高H–O共价键的强度,降低水活性和冰点,改变Zn^(2+)的溶剂化结构.制备的电池器件表现出高的循环稳定性(Zn//Zn电池循环超过1000 h),高可逆性(库伦效率达到98.9%),高储锌性能(在5 Ag^(-1)下比容量为225 mA h g^(-1),循环5000圈容量保持率为92.6%)和优异的防冻性能(在-20℃下循环500圈比容量为190 mA h g^(-1)).本工作为高性能水系锌离子电池的发展提供了一种有前景的策略.
摘要：铝基非晶合金具有密度低、强度高、耐腐蚀等诸多优异性能;然而,铝基非晶合金形成能力差,一般需要非常高的冷却速率,这限制了铝基非晶合金的应用.玻璃形成理论认为形成能力与过冷液体密切相关.但在一般升温测量时,铝基非晶合金不显示玻璃转变或过冷液体,而是直接变成晶态.目前为止,关于铝基非晶合金的玻璃转变和过冷液体属性仍然是未知的.本文采用超快速差热分析方法(Flash DSC)使得升温速度达到10000 K s^-1,测量了20余种常见铝基非晶合金的玻璃转变行为和过冷液体特征.发现铝基非晶合金普遍具有很高的液体脆度系数(m),其中某些成分m>160,已经接近理论上预测的脆度系数上限m^175.通过系统研究这些成分的形成能力,发现铝基非晶合金的玻璃形成能力与脆度系数成反相关,而且这种相关不是线性的.只有m100的玻璃形成力普遍较弱,而且随m变化不显著.因此,过高的液体脆度系数可能是铝基非晶合金形成能力差的一个重要原因.
摘要：Over the past decades, the continued scaling of transistor dimensions, as dictated by Moore’s Law, has reduced energy consumption and increased the computational power of integrated circuits. At gate lengths below 12 nm, the scaling meets a physical limit, and as for ensuring reasonable gate control, a further reduction of the gate lengths requires scaling of the silicon thickness.
摘要：镍基水滑石在能量存储(超级电容器)和转化(尿素氧化)领域是很有前景的电极材料.合理构建镍基水滑石的原子和电子结构对于实现其理想的电化学性能至关重要.本论文报道了一种简单、环境友好的一步法制备富含氧空位的花瓣状镍铝水滑石(NiAl-LDHs)纳米薄片用于混合超级电容器和尿素氧化.性能最好的富氧空位NiAl-LDHs纳米薄片具有216.6 m^(2) g^(-1)的大比表面积和3.45×10^(-4)S cm^(-1)的高电导率,可在1 A g^(-1)的比电流下展示出2801 F g^(-1)(700 C g^(-1))的超高比电容.基于NiAl-LDHs//商业活性炭组装的混合超级电容器在400 W kg^(-1)比功率密度下可获得50.0 W h kg^(-1)的比能量,且循环10,000次后仍有91%的电容保持率.同时,NiAl-LDHs纳米薄片作为高效的尿素氧化电催化剂,在1 mol L^(-1)KOH和0.33 mol L^(-1)尿素中仅需1.42 V vs.可逆氢电极的氧化电位就可达到10 mA cm^(-2)的电流密度.由于NiAl-LDHs的纳米薄片结构暴露了更多的活性位点和丰富的氧空位,其电化学性能优于大部分报道的镍基水滑石.因此,本研究为多功能纳米能源材料的合理设计奠定了良好的基础.
