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材料研究与应用
材料研究与应用

梁振锋

季刊

1673-9981

gdys6108@163.net

020-61086285 37239026

510650

广州市天河区长兴路363号

材料研究与应用/Journal Materials Research and Application
查看更多>>本刊主要刊登有色和稀有金属的选矿与冶炼、金属材料与加工、粉末冶金、选冶药剂、分析检测、焊接技术、自动控制、节能技术等学科的学术论文、科研成果、理论探讨、专题性或综合性的动态评述等。
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    基于联吡啶共价有机框架材料纳米片的插层结构设计及其在锂硫电池中的应用

    李鑫谢玉峰肖迎波张琪...
    463-470页
    查看更多>>摘要：以单质硫为正极材料的锂硫电池(LSBs),因其高的理论比容量和能量密度,在储能领域中受到广泛地关注.然而,LSBs在充放电过程中会产生可溶性多硫化物(LiPSs),LiPSs在电极之间的穿梭效应会导致电池容量快速衰减,从而阻碍LSBs的实际应用.为了有效地抑制LiPSs在LSBs中的穿梭效应,设计合成了一种基于联吡啶共价有机框架(COFs)材料的纳米片(Tp-Bpy),并将其用作LSBs的多功能插层.Tp-Bpy纳米片得益于联吡啶中均匀分散的氮位点的强吸附和催化活性,以及其纳米结构可提供更多活性位点等特性,能够很好地吸附LiPSs,并对LiPSs进行催化转化,从而抑制LiPSs的穿梭效应.Tp-Bpy纳米片插层在LiPSs氧化还原反应过程中具有更快的转化动力学,以及降低液固转化过程的电化学极化特性.相较于未修饰的传统聚丙烯(PP)隔膜,Tp-Bpy纳米片插层所组装的LSBs倍率性能和循环稳定性得到明显提升.实验结果表明,以Tp-Bpy纳米片插层所组装的LSBs,在0.1 C下的放电初始容量可达1 223 mAh·g-1,在1 C下循环500次后的放电比容量仍有452 mAh·g-1,单圈衰减率低至0.093%.Tp-Bpy纳米片插层材料已成为解决LSBs中LiPSs穿梭效应的主要研究方向之一,本研究为开发新的多功能插层提供了理论支撑.

    共价有机框架材料联吡啶纳米片锂硫电池插层穿梭效应倍率性能循环稳定性

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    多孔石墨烯纳米片阵列的制备与储钾性能研究

    吴双巫灿宏李娜
    471-479页
    查看更多>>摘要：石墨烯钾离子电池(PIBs)具有原料储量丰富及与锂离子电池接近的标准电位的优势,在储能领域受到广泛关注.快速储能特性对于钾离子电池的应用具有重要意义.石墨烯具有良好的导电性及较短的离子电子扩散路径,是钾离子电池负极材料的理想选材之一.与离子插层相比,石墨烯基于吸脱附机制的储能更有利于快速充放电,且具有较长的电极寿命.不同于石墨烯的结构调控、掺杂及无序化等改性方法,制备多孔石墨烯有利于增加更多的缺陷活性位点及更大的比表面积,进而提升其基于吸脱附机制的快速储能性能.首先将少层石墨烯纳米片阵列(GNS)负载超细ZnO纳米颗粒,然后采用碳热还原法制备出多孔石墨烯纳米片阵列的电极(P-GNS),并将其用于钾离子电池.结果表明,P-GNS可有效地提升钾离子电池的倍率性能,在较大电流密度(3 A·g-1)下的容量达到181.6 mAh·g-1,在电流密度1 A·g-1下经1 000次循环后的容量保持率仍有80.6%,表现出优异的循环性能.全电池在1 A·g-1电流密度下也表现出较好的大倍率性能,循环50次后的容量仍有87.4 mAh·g-1.储能机理研究表明,石墨烯电极造孔可使基于吸脱附电容性储能的活性位点明显增多,进而有效地提升了电池大倍率充放电性能.另外,基于脱吸附的储钾过程不会破坏材料,有利于石墨烯维持结构的稳定,进而大幅提升了电池的循环寿命.本研究为构建石墨烯基快速储能材料,以及发展大倍率长寿命钾离子电池提供了参考.

    钾离子电池负极材料多孔石墨烯造孔电化学性能活性位点碳热还原储能特性

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    盐+碱协同对多孔碳电极材料电化学性能的影响

    朱万兵郭金梅张海玲文锡量...
    480-486页
    查看更多>>摘要：超级电容器作为一类新兴的能量存储转换器件,因其充放电速度快、寿命长和安全环保的特点而受到推崇.其中,用于超级电容器的电极材料一直是人们的研究重点,综合原料来源、价格和制备工艺等因素,多孔碳电极材料成为首选.盐模板法和KOH化学活化法都是制备多孔碳电极常用的方法,前者产物的孔结构以介孔为主,但操作复杂;后者活化产物比表面积大,可以精确控制多孔碳电极的孔径分布和孔体积,但该法活化后的多孔碳多以微孔为主.若将两者结合,形成优势互补,协同构建合理的碳材料结构,有助于提升多孔碳电极的电化学性能.以锂电负极行业的固废——针状焦的生焦粉为原料,利用模板和化学活化相结合的方法制备电极材料,探索盐(KCl)和碱(KOH)的添加比例对碳电极材料电化学性能的影响.研究结果表明,两种方法相结合制备得到的多孔碳样品的碳结构以表面缺陷较多的无定型碳为主.随着KOH加入量的增加,无定型结构的碳增加,但是加入过量的KOH并不能提高无定型碳的含量.三电极测试分析发现,样品PC-2表现出优异的电容性能,在1 A·g-1的电流密度下,质量比电容达到266.9 A·g-1;在10 A·g-1的高电流密度下,容量保持率高达79.4%.该电极材料的内阻仅为0.67 Ω,并且双电层电容性能有极短的响应时间.当m(生焦粉)∶m(KCl)∶m(KOH)=1∶3∶2时,KCl和KOH的协同活化效果达到了最佳,显著提高了碳电极材料电荷的传输能力,且能有效地缩短电解质离子在材料内部的扩散路径,表现出较快的充放电速度.

    超级电容器生焦粉碳电极材料协同效应电容性能质量比电容弛豫时间倍率性

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    激光选区熔化制备梯度多孔镍电极及其电解水制氢性能

    王见宋嘉薇董东东刘太楷...
    487-494页
    查看更多>>摘要：镍是目前应用最广泛的碱式电解水制氢电极材料之一.对镍电极进行多孔化处理,可有效提高其析氢效率并降低制氢能耗.然而,现有报道仅研究了孔隙率、平均孔径等对电极析氢性能的影响,缺乏针对梯度多孔电极孔隙尺寸和分布等影响的研究.为此,设计了4组具有不同孔隙尺寸和排布方式的多孔电极模型,并且采用激光选区熔化技术制备高精度成型电极样品,表征了样品的表面形貌、截面微观组织、电化学性能及稳定性,深入分析和研究了样品的析氢性能.结果表明,4组样品均呈现出粗糙微观表面,为析氢反应提供更多的活性位点.所有样品均表现出优异的电解稳定性,经测试后未见明显的性能衰减.梯度多孔结构有利于气液传质,减小气泡层电阻,降低析氢过电位.当电流密度为10 mA·cm-2时,梯度多孔样品的析氢过电位虽仅为406 mV,但气液传质效果较差,而气泡层电阻较大的均匀多孔样品的析氢过电位却高达766 mV.梯度多孔结构的构筑可显著提高镍电极的析氢动力学特性,梯度多孔样品的Tafel斜率最低为129 mV·dec-1,明显低于均匀多孔电极的Tafel斜率168和211 mV·dec-1.析氢过程受Volmer步骤控制,尽管镍电极析氢动力学特性得到提升,但并未改变镍电极的析氢机理,所有样品的Tafel斜率均高于120 mV·dec-1.因此,引入梯度多孔结构可有效降低镍电极材料的析氢过电位,提升析氢性能.本研究为镍电极的结构优化设计及析氢性能的提升,提供了新思路.

    碱式电解水激光选区熔化梯度多孔结构孔隙尺寸电解性能析氢动力学气液传质析氢性能

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    煅烧温度对环保型莫来石多孔陶瓷结构和性能的影响

    伍芷菁花开慧钟雅丽陈晓冰...
    495-501页
    查看更多>>摘要：莫来石多孔陶瓷因其高强度和耐腐蚀等性能得到广泛地应用.然而,由于合成莫来石的原料高岭土的不可再生性及持续上涨的价格,寻找廉价易得的替代原料对于合成莫来石多孔陶瓷迫在眉睫.建筑废弃物的成分与高岭土相似,可作为高岭土的可行替代品之一.以建筑废弃物和Al2O3为主要原料,AlF3为晶须催化剂,B2O3为烧结助剂,成功制备了环保型莫来石多孔陶瓷.通过阿基米德排水法、XRD和SEM等表征手段,深入探究了多孔陶瓷的晶相、微观形貌和物理化学特性.同时,研究了煅烧温度对莫来石多孔陶瓷结构和性能的影响规律及作用机制.结果表明,适当提升煅烧温度有助于莫来石晶须的生成,但过高的温度会导致晶须粗化和晶粒增大.当煅烧温度为1 200℃时,莫来石晶须的生长形貌最佳,晶须直径约为0.05-0.1 μm、长度为0.5-1 μm、长径比在15-20之间.随着煅烧温度增加,莫来石多孔陶瓷的开口孔隙率不断降低,抗折强度不断增强.当煅烧温度为 1 200℃时,样品的开口孔隙率达到(61.78±0.72)%,抗折强度达到(3.74±0.46)MPa.因此,以建筑废弃物为主要原料可成功制备具有高气孔率的莫来石多孔陶瓷.本研究为建筑废弃物合成莫来石多孔陶瓷提供了可靠的理论支持,对降低生产成本及推动建筑废弃物资源化再利用等有重要理论价值和实际意义.

    多孔陶瓷建筑废弃物莫来石晶须原位合成煅烧温度资源化利用形成机制微观结构

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    Winkler弹性介质中多孔功能梯度材料截锥壳的弯曲

    郑亮冯立志王佳恒
    502-508页
    查看更多>>摘要：弹性介质中板壳结构的力学特性研究,大都假设结构体在变形过程中始终与介质紧密接触.为研究可脱离的Winkler弹性介质中含孔隙功能梯度材料截锥壳在环向荷载作用下的弯曲问题,以陶瓷材料质量分数、体积指数和孔隙率为控制参数,根据混合律计算含均匀孔隙功能梯度材料的物性参数.基于Donnell经典薄壳理论和Hamilton原理,建立Winkler弹性介质和环向荷载共同作用下截锥壳的平衡方程和变形协调方程.考虑锥壳两端简支边界条件,采用Galerkin积分法求解得到截锥壳弯曲挠度的解析解.研究在弹性介质与壳体接触和脱离两种情况下,孔隙率、功能梯度材料组成和截锥壳尺寸等因素对壳体挠度值的影响.结果表明,截锥壳挠度值随着孔隙率、体积指数、壳体长径比、径厚比和半锥角的增大而增大,随着陶瓷质量分数的增大而减小.截锥壳与Winkler弹性介质接触时的挠度值比脱离时小,这是因弹性介质对壳体有一定的反作用力.在截锥壳母线方向上,其中部的挠度值较大,而由中部到两端的挠度值逐渐减小;在截锥壳环向方向上,其挠度值呈现周期变化.分析多孔FGM截锥壳在弹性介质和环向荷载作用下的弯曲问题,为FGM截锥壳在工程领域中的应用提供了理论基础.

    弹性介质功能梯度材料孔隙截锥壳弯曲Donnell理论Galerkin积分法结构刚度

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    人物介绍

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    发泡与多孔功能材料

    《材料研究与应用》编辑部
    封2页
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