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oe1(光电查) - 科学论文

58 条数据
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  • 通过脉冲激光沉积原位形成具有优异锂存储性能的三元金属氟化物薄膜

    摘要： 在锂离子电池领域，基于转化反应的金属氟化物正极因其优异的理论容量和高压特性而备受关注。然而，二元金属氟化物的应用受到不可逆性和大电压滞后的严重阻碍。三元金属氟化物（如AgCuF3和CuxFe1-xF2）的引入为解决这些缺陷带来了希望。为深入理解三元金属氟化物正极中转化反应的基本机制，本研究通过脉冲激光沉积法成功原位制备了Cu-Fe-F（CFF）薄膜，并探讨了其物理化学性质与电化学性能。这种CFF固溶相展现出卓越的循环稳定性（在285 mA g?1电流密度下循环100次后容量保持率达82%）和更高的能量效率（71.8%），这可归因于非原位XPS、高分辨透射电镜及选区电子衍射揭示的脱锂过程后发生的可逆结构重排。

    关键词： 薄膜，三元金属氟化物，锂离子电池，脉冲激光沉积

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 表面活性剂辅助合成的超薄二维共轭金属-有机框架单晶纳米片

    摘要： 二维共轭金属有机框架（2D c-MOFs）因其优异的导电性、丰富的活性位点及本征多孔结构，近期在（光）电子学、化学电阻传感及储能转化领域展现出应用潜力。然而，开发适用于溶液加工和器件集成的超薄二维c-MOF纳米片（NSs）仍面临重大挑战，主要源于不可扩展的合成方法、低产率、有限的横向尺寸及低结晶度。本研究报道了一种表面活性剂辅助的溶液合成法制备超薄二维c-MOF NSs，包括HHB-Cu（HHB=六羟基苯）、HHB-Ni和HHTP-Cu（HHTP=2,3,6,7,10,11-六羟基三苯）。我们首次合成了单晶HHB-Cu(Ni) NSs（厚度4-5 nm/约8-10层，横向尺寸0.25-0.65 μm2）及单晶HHTP-Cu NSs（厚度~5.1±2.6 nm/约10层，横向尺寸0.002-0.02 μm2）。得益于超薄特性，这些纳米片可实现快速离子扩散与高活性位点利用率。作为概念验证，当用作锂离子存储正极材料时，HHB-Cu NSs展现出卓越的倍率性能（3分钟内完成充电）和长期循环稳定性（1000次循环后容量保持率90%），优于相应块体材料及其他已报道的MOF正极。

    关键词： 锂离子电池，二维共轭金属有机框架，电化学性能，表面活性剂辅助合成，超薄纳米片

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 在还原氧化石墨烯上可控构建纳米级FeOOH@ZnO异质结构用于锂离子存储及光芬顿反应

    摘要： 本工作首次通过分步氧化石墨烯（GO）脱氧工艺，制备了分散于还原氧化石墨烯（RGO）片层上的纳米级针铁矿-氧化锌异质结构（FeOOH@ZnO）三元复合材料（FeOOH@ZnO/RGO）。以亚铁离子（Fe2+）和金属锌作为还原剂，在反应中转化为相应的FeOOH和ZnO纳米颗粒形成异质结构。特别地，本工作通过限制生长动力学实现了纳米颗粒尺寸的调控。最终构建出具有多孔结构的RGO骨架，其上均匀分散着由FeOOH与ZnO纳米晶包裹构成的异质结构纳米颗粒。该FeOOH@ZnO/RGO复合材料作为锂离子电池负极展现出独特的储锂性能，相较于二元FeOOH/RGO和ZnO/RGO复合材料，该三元复合材料不仅表现出最优的电池性能，还在模拟太阳光照射下对亚甲基蓝（MB）降解展现出最佳的光芬顿活性。该FeOOH@ZnO/RGO复合材料的制备路线简便高效，极具规?；糯笄绷Α?

    关键词： 氧化锌、针铁矿、石墨烯、亚甲基蓝降解、光芬顿、锂离子电池

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 采用ICP CVD卷对卷技术制备的氮/硅掺杂垂直取向石墨烯的特性

    摘要： 同时实现高质量垂直取向石墨烯纳米结构的大规模生产并通过感应耦合等离子体化学气相沉积（ICP CVD）进行掺杂是一项技术难题，因为人们对这种材料在扩大化表面上的生长机制知之甚少。我们提出一种新方法，将ICP CVD与卷对卷技术相结合，以丙烷为前驱体气体、氮或硅为掺杂剂，实现垂直取向石墨烯的原位制备。这项新技术能以更低成本在移动铜箔基底上制备出具有独特形貌和组分的垂直取向石墨烯。通过改变沉积时间（1-30分钟）、气体分压、混合气体组分（丙烷、氩气、氮气或硅烷）、热处理（1-60分钟）及温度（350-500℃）等工艺参数，揭示了纳米结构的生长过程、形貌演变以及氮/硅杂原子的插层行为。采用场发射扫描电镜（FE-SEM）、拉曼光谱和能量色散X射线散射技术对独特纳米结构进行了表征。未掺杂及氮/硅掺杂的纳米结构可在工业制造表面缺陷的铜基底上实现全覆盖制备。较长沉积时间（30分钟，450℃）会导致碳非晶化及sp3杂化碳比例增加，从而形成更大的垂直取向碳质纳米结构并生长出柱状体。

    关键词： 垂直取向石墨烯（VOG）、锂离子电池、卷对卷技术、感应耦合等离子体化学气相沉积（ICP CVD）、超级电容器

    更新于2025-09-22 18:35:01

  • 原位拉曼光谱研究集成于锂离子电池中的硅纳米线负极

    摘要： 硅负极在嵌锂过程中的快速衰减是其在锂离子电池中作为负极材料应用面临的主要挑战。原位拉曼光谱是研究电极循环过程中结构与电化学数据关联、观测电池内部非晶态及液态/瞬态物质的有力手段。本研究采用优化配置的锂离子电池体系，通过原位拉曼光谱对首次嵌锂/脱锂循环中未包覆和碳包覆硅纳米线的高容量电极进行表征，并辅以原位X射线反射衍射测量。在嵌锂阶段，我们特别在未包覆硅纳米线上检测到1859 cm?1的新拉曼信号。通过对首次嵌锂/脱锂循环的详细原位拉曼测量，能够区分电极形貌变化与电解液组分形成的界面相。

    关键词： 硅纳米线、锂离子电池、原位拉曼光谱、工况X射线衍射、固体电解质界面

    更新于2025-09-23 12:24:45

  • 基于碳酸盐的锂离子电池电解液分解的原位红外光谱研究

    摘要： 报道了一种用于电解液分解原位测量的新型红外诊断技术。该技术被用于研究LCO/石墨锂离子电池中LiPF6/EC/DEC电解液的分解过程。在形成循环期间，光谱显示EC羰基发生电化学还原，这与石墨负极上同时形成的固体电解质界面(SEI)相对应。这一发现补充了当前关于SEI形成过程中EC分解的理论。当LCO半电池工作电压超过4.2V时会导致电池容量永久性损失，但未观察到电解液降解，表明LCO电极在高压下会发生劣化。通过红外测温法测量了加热测试过程中电解液的温度。当电池工作温度超过70°C时会引起SEI和电解液分解。加热过程中采集的原位光谱显示EC开环反应是热降解的机制，这将导致永久性容量损失。所有测试电池中的EC热分解过程完全相同，表明这是一种与电极材料或电位无关的均相分解反应。随着盐浓度增加，热稳定性下降，说明分解可能由LiPF6分解产物催化。因此，热分解并非由SEI失效导致阳极持续还原反应引起，因为EC还原与EC热分解具有不同机制。

    关键词： SEI形成、原位红外光谱、热稳定性、锂离子电池、电解质分解

    更新于2025-09-23 12:31:53

  • 利用拉曼光谱分析浓锂盐溶液中锂离子的溶剂化结构；通过拉曼光谱法解析高浓度锂盐电解液中的离子溶剂化结构

    摘要： 电解质溶液是高性能锂离子电池（LIBs）开发中的关键液态材料之一。近期提出的"超浓电解液"新概念（即液态盐包溶剂体系），不仅在电化学领域，也在物理化学和/或溶液化学领域受到广泛研究。本研究通过拉曼光谱结合密度泛函理论（DFT）计算，报道了高盐浓度电解液中锂离子复合物的结构研究——以双(三氟甲磺酰)亚胺锂（LiTFSA）盐溶于N,N-二甲基丙酰胺（DMPA）为例。在锂盐浓度范围cLi=0-3.2 mol dm-3内，我们定量测定了DMPA和TFSA分子围绕锂离子的单独配位数[n(DMPA)和n(TFSA)]，并从分子层面探讨了锂离子复合物结构与cLi的关系。

    关键词： 拉曼光谱、离子溶剂化、锂离子电池、盐浓电解质

    更新于2025-09-23 15:25:13

  • 基于激光剥蚀-电感耦合等离子体-光学发射光谱法的循环电极上锂分布与过渡金属沉积的定量空间分辨死后分析

    摘要： 降低锂离子电池（LIBs）性能损耗仍是一项尚未攻克的挑战。要理解其劣化过程与机理（即所谓的老化现象），需要对老化电池进行精确的分析检测。锂或过渡金属在电池单元中的分布变化会显著影响其循环寿命和日历寿命。由于电化学处理后的电池（尤其是电极）老化并不均匀，且局部电化学特性（如沉积模式）与表面性质密切相关，因此整体分析并非理想的检测手段。为此，本文提出一种表面敏感检测技术——激光剥蚀电感耦合等离子体发射光谱法（LA-ICP-OES）。研究采用213纳米Nd:YAG激光器，对以锂金属氧化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM111）为正极材料、石墨为负极材料的锂离子电池单元进行了分析。

    关键词： 石墨、老化、激光剥蚀-电感耦合等离子体-光学发射光谱法、NCM111、LA-ICP-OES、锂离子电池、Nd:YAG激光器、锂离子电池

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 厚膜阴极的飞秒激光加工及其对锂离子扩散动力学的影响

    摘要： 为更好地理解激光结构化厚膜阴极中的电化学嵌锂/脱锂过程，我们对锂化/脱锂速率进行了定量实验研究。除通过恒电流循环评估比放电容量外，还采用了一种合适的定量方法——化学扩散系数值，用于测定活性材料中锂离子嵌入速率和电解质中锂离子传输速率。为此，我们运用了恒电流间歇滴定技术。结果表明，激光结构化电极在高充放电速率下具有更高的化学扩散系数和更优的容量保持率。

    关键词： 扩散系数，LiCoO2，锂离子电池，三维电池，激光烧蚀

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 利用光纤监测锂离子电池的石墨嵌锂过程与容量衰减

    摘要： 提高电池管理系统的效率和安全性可能需要对锂离子电池进行内部监测。本研究分析了光纤倏逝波传感器（FOEWS）与锂离子电池中石墨颗粒在多次循环中的相互作用。通过慢速充电和长时间静置，FOEWS信号显示出对石墨颗粒表面锂浓度的敏感性——在静置期间（即电极弛豫过程），该信号能响应锂离子在石墨颗粒内的缓慢扩散。研究发现，在完整充电过程中，FOEWS信号的斜率会在锂化石墨的阶段转变区IV、III和II出现三个明显峰值。若未观察到这三个峰值趋势，则与显著的电池容量衰减相关，这表明传感器能实时检测容量衰减。实验显示，充电过程中约5%荷电状态（SOC）时斜率出现显著偏差，约80% SOC时观察到轻微扰动，这支持通过限制充放电深度来避免加速容量衰减。这些结果深化了我们对FOEWS与锂离子电池相互作用的理解，并有助于开发优化石墨锂化控制与监测的算法，从而实现更安全的运行，同时最大化电池容量与使用寿命。

    关键词： 光纤传感器，锂离子电池，荷电状态，石墨，容量衰减，信号分析

    更新于2025-09-19 17:13:59