能源存储与转换材料

2022(4):511-517. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000402

[摘要](1543) [HTML](45) [PDF 1.42 M](716)

摘要:
聚阴离子型磷酸钒钠正极具有原料储量丰富、成本低和对环境友好的特点，具有十分稳定的钠离子超导体结构，其NASICON结构骨架形成了稳定的容钠位，并且开放的三维离子迁移通道有利于改善钠离子的扩散，是钠离子电池理想的正极材料。然而磷酸钒钠较低的电子导电性以及循环过程中结构的变化会导致较大的电极极化和晶体结构的变形，对磷酸钒钠的循环性能不利。为了改善磷酸钒钠的电子导电性以及缓解其在循环过程中的体积/结构变化，通过结合溶胶-凝胶以及原位聚多巴胺包裹的方法，引入柠檬酸和聚多巴胺，原位转化为多孔碳和氮掺杂碳，形成基于双碳包裹的磷酸钒钠。研究结果表明，双碳包裹结构能够提供高电子导电性以及足够的缓冲介质，该双碳包裹的磷酸钒钠表现出良好的电化学性能，在0.1 A?g^-1的电流密度下可逆比容量可达到99.7 mAh?g^-1，在10.0 A?g^-1电流密度下循环2000周后可逆比容量依旧高达76.1 mAh?g^-1。因此，双碳包裹对于提升磷酸钒钠电极性能的有益作用，为改善聚阴离子型正极材料的电化学性能提供借鉴。

2 具有高效光催化析氢和污染物降解性能的三维多孔V₂O₅/g-C₃N₄制备

赵聪越，李春灵，陈明慧，张丰泉，吴卫东，刘冬

2022(4):518-527. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000403

[摘要](1423) [HTML](34) [PDF 1.71 M](279)

摘要:
面对能源日益短缺和水环境污染问题，开发高性能催化剂用于光催化析氢和污染物降解具有重要意义。采用热聚合法制备复合催化剂V₂O₅/g-C₃N₄，测试结果表明该复合催化剂具备稳定的三维多孔结构，比表面积大，表面活性位点多。V₂O₅负载可以增强g-C₃N₄的光吸收能力，促进光生电荷的分离转移，进而提高其光催化活性。在可见光照射下V₂O₅/g-C₃N₄具有优异的产氢活性和较高的光催化降解RhB性能，其析氢活性为1.38 mmol?g^-1?h^-1，降解RhB性能为96.85%。通过活性粒子捕获实验探究了催化过程中RhB的降解机制，结果表明在RhB的光催化降解过程中超氧自由基起着至关重要的作用。该研究对制备高活性的可见光响应催化剂具有指导意义。

3 全纤维基柔性非对称超级电容器的构建与性能研究

邱美佳，孙鹏，麦文杰

2022(4):528-536. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000404

[摘要](1347) [HTML](38) [PDF 1.59 M](431)

摘要:
随着可穿戴电子产品需求的不断增长，开发高储能性能且机械稳定性优异的柔性电荷存储设备非常必要。采用简易电沉积法，在柔性的单簇碳纤维（CF）上制备了全纤维基聚苯胺(PANI)和WO₃正负极，并匹配成全纤维基柔性非对称超级电容器(ASCs)。结果表明：当扫描速率为10 mV?s^-1时，沉积时间为20 min的纳米蠕虫状CF@PANI正极的长度比电容为15.17 mF?cm^-1，而沉积时间为5 min的CF@WO₃纳米绒毛负极的长度比电容为37.06 mF?cm^-1；将二者匹配制成准固态ASCs，该电容器显示出优异的电化学性能及机械稳定性，其长度比电容高达3.89 mF?cm^-1，并且具有优异的倍率性能；此外，这种纤维状的储能器件具有优异的力学稳定性，以任何角度进行弯曲或缠绕，其仍能保持电容性能稳定。由于该纤维状器件是基于碳布纤维，所以很容易将其缝制于衣物中作为可穿戴的储能纺织品。综上，这种新型的全纤维基ASCs在未来可穿戴电子设备的应用中具有巨大潜力。

4 ZIF-8衍生柔性多孔炭材料的制备及其电容性能研究

赵广震，宁珂，史慧敏，姜振龙，江涛，赵健，朱光，杨杰，王红艳

2022(4):537-545. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000405

[摘要](1392) [HTML](43) [PDF 1.89 M](726)

摘要:
随着柔性可穿戴电子器件的迅速发展，柔性储能电极材料引起众多学者们的广泛关注。金属有机框架结构（MOFs）衍生物具有优异的储能性能，但其本征无柔性的物理特性亟需解决。采用静电纺丝技术将ZIF-8结构单元嵌入纤维结构中，获得高电容性能柔性多孔炭纤维。同时，探究了ZIF-8的嵌入量（CF-ZIF-8-1.2）对柔性多孔炭纤维结构及电容性能的影响。实验结果表明：柔性多孔炭纤维CF-ZIF-8-1.2的比电容可以达到425.5 F?g^-1（电流密度为1 A?g^-1），并呈现出较小的电荷转移电阻（R_s=0.06 Ω）和接触电阻（R_ct=2.31 Ω），这主要归因于CF-ZIF-8-1.2具有较大的比表面积（212.83 m²?g^-1）、相对丰富的孔隙结构和丰富的N和O原子共掺杂。随后，进一步将其组装成对称柔性超级电容器（CF-ZIF-8-1.2//CF-ZIF-8-1.2），其能量密度高达7.6 Wh?kg^-1（功率密度为250 W?kg^-1），在不同弯曲角度和扭曲下呈现出优异的电容保持率（97%以上），说明柔性多孔炭纤维电极材料具有优异的柔性和稳定性。因此，CF-ZIF-8-1.2柔性多孔炭纤维材料具有潜在应用前景。

5 K₃Fe(CN)₆增强钴镍基硒化物的电化学性能研究

张文哲，钱苗苗，罗刚，吴春，秦伟

2022(4):546-552. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000406

[摘要](1338) [HTML](31) [PDF 1.11 M](414)

摘要:
作为一种新型的电化学储能器件，超级电容器具有高功率密度，长循环寿命等优点。然而，超级电容器普遍具有能量密度低的缺陷，限制了其在高能量密度领域的应用。寻找具有高比电容的赝电容电极材料是目前研究重点。此外，在常规电解液中添加氧化还原添加剂，亦被认为是一种有效提升超级电容器电化学性能的手段。采用共沉淀法制备了作为超级电容器电极材料的多孔钴镍基过渡金属硒化物（NCSe）立方体，同时在碱性电解液中添加了具有氧化还原活性的K₃Fe(CN)₆的添加剂。研究结果表明，在电解液中加入K₃Fe(CN)₆，可使超级电容器的电化学特性得到提升。在2 A?g^-1电流密度下，在1 mol?L^-1的KOH电解液中，NCSe比电容仅仅为48.1 F?g^-1；而当电解液中添加0.02 mol?L^-1的K₃Fe(CN)₆后，在同样的电流密度下，NCSe比电容高达1 070.1 F?g^-1。因此，在碱性电解液中加入一定量的具有氧化还原作用的K₃Fe(CN)₆添加剂，可以有效提升超级电容器的电化学性能。

6 钠金属电池中电解液优化策略进展

计莹莹，马良，李志斌，麦文杰，黎晋良

2022(4):553-562. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2022.000407

[摘要](1379) [HTML](50) [PDF 2.00 M](774)

摘要:
钠金属电池与锂离子电池工作原理相似，具有高比容量（1166 mAh?g^-1）和低氧化还原电位（-2.71 V vs. SHE），同时钠元素储量丰富且价格远低于锂，所以有望替代锂离子电池成为最有前景的下一代储能电池。然而，钠金属电池中的钠负极枝晶生长失控及不稳定的固体电解液界面（SEI）层，限制其发展。从电解液工程优化角度出发，综述了近年来有关钠金属电池电解液优化策略对钠负极保护的研究进展，重点阐述了碳酸酯类电解液及醚类电解液的优化策略。同时，从基础研究和实际应用的角度出发，对钠金属电池电解液工程的发展进程和前景进行了总结及展望。