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201214760216木蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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[交流]
【系列介紹】等離子輔助電極材料的合成與表面改性-鋰電池材料，電容材料
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一、鋰電池材料 提高能源利用效率和發(fā)展可再生能源成為未來(lái)的主要戰(zhàn)略。電池被認(rèn)為是一種高效的能量存儲(chǔ)設(shè)備。等離子體作為制備高性能鋰電材料的技術(shù)已成為目前研究的熱點(diǎn)。 1、鋰電負(fù)極材料等離子體處理 鋰用作負(fù)極材料在充電/放電過(guò)程中與電解質(zhì)反應(yīng)，形成鋰膜導(dǎo)致電池安全性下降。當(dāng)過(guò)渡金屬氧化物(包括Co，F(xiàn)e，Ni，Cu等)及IV和V組的材料(如Sn，Pb，Si等)用作鋰電陽(yáng)極表現(xiàn)出高能量密度，容量是商業(yè)碳材料的2-3倍。然而，這些材料電導(dǎo)率低，動(dòng)力學(xué)性能差，充電/放電循環(huán)期間發(fā)生嚴(yán)重的體積變化，限制了大規(guī)模應(yīng)用。 研究人員借助于等離子體對(duì)陽(yáng)極材料進(jìn)行改性或合成。在一定條件下通過(guò)氧等離子體處理可以將材料的表面從超疏水性改變?yōu)橛H水性。在大氣壓下通過(guò)Ar/N2等離子體輻射成功將N離子摻雜到鈦酸鋰的O位置，促進(jìn)鋰的遷移，提高鈦酸鋰(Li4Ti5O12)負(fù)極材料容量(132mAh·g-1)，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，在10C下經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后幾乎沒(méi)有容量衰減。氟化石墨也可通過(guò)等離子體處理，實(shí)現(xiàn)了372mAh·g-1的優(yōu)異容量，該容量接近于理論石墨容量。 圖1 LTO和P-LTO在(a)1C，(b)5C和(c)10C下的循環(huán)性能 等離子體合成電極材料也是鋰離子電池領(lǐng)域的重要應(yīng)用，H2等離子體還原氧化石墨烯上的β-FeOOH，使得石墨烯中孔中接枝Fe3O4納米棒。由于不同尋常的納米結(jié)構(gòu)，其顯示出優(yōu)異的電容性，短的鋰離子擴(kuò)散路徑，更高的穩(wěn)定性。所制備的雜化體在500mA·g-1的電流密度下經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后表現(xiàn)出穩(wěn)定的890mA·g-1的高容量。 電極材料的體積在充電/放電過(guò)程中急劇變化，引起電極材料破碎，進(jìn)一步限制了電池的穩(wěn)定性，制備具有合理結(jié)構(gòu)以緩沖體積變化的電極材料非常重要。在等離子的幫助下，球磨可以有效而迅速的合成特殊結(jié)構(gòu)納米材料。等離子輔助球磨是合成幾層石墨烯包裹的Fe2O3的簡(jiǎn)便方法，該納米結(jié)構(gòu)不僅可以增強(qiáng)導(dǎo)電性，還可以防止由于緊密包裹而引起的體積變化和粉化。作為陽(yáng)極材料，在300個(gè)循環(huán)后200mA·g-1時(shí)仍可保持758mAh·g-1的可逆容量，這相當(dāng)于其理論容量的88％(圖2c)。通過(guò)等離子球磨合成的石墨包裹的錫和氧化錫在70個(gè)循環(huán)后， 250 mA·g-1時(shí)表現(xiàn)出500mAh·g-1的高容量。等離子球磨法還制備了石墨烯包裹的Si和Ge納米顆粒。 圖2(a)制備Fe2O3-FLG復(fù)合材料的示意圖(b)P20的倍率性能(c)在200mA·g-1下測(cè)試的P研磨樣品和原始Fe2O3樣品的循環(huán)充放電容量，插圖是P20的電勢(shì)與容量曲線(d)尖晶石型LiMn2O4和LiMn2O4-xSx的結(jié)構(gòu)(e)鋰離子電池中LMO-8h和PLA-LMO-S在0.2C時(shí)的放電曲線(f)60個(gè)循環(huán)的相應(yīng)循環(huán)穩(wěn)定性 CVD工藝中的輝光放電有助于制備薄膜材料。使用PECVD可制備氮化硅作為鋰電負(fù)極材料。N2作為惰性氣體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此采用等離子體來(lái)輔助氮的活化。所制備的氮化硅顯示出穩(wěn)定的循環(huán)性能，這是由于中間體(Li3N)阻止了Si納米顆粒的聚集。離子轟擊在基底上產(chǎn)生緊密的粘附，循環(huán)壽命增長(zhǎng)。氮化物陽(yáng)極在300次循環(huán)后顯示出1800mAh·g-1的穩(wěn)定可逆容量，容量保持率為86％。等離子體輔助是合成陽(yáng)極材料的一種潛在且有效的策略。 2、鋰電正極材料等離子體處理 層狀LiCoO2具有高功率，但生產(chǎn)LiCoO2的價(jià)格高昂，促使其他研究人員開(kāi)發(fā)了替代性的低成本LiNiO2和LiMn2O4替代LiCoO2。等離子體技術(shù)可以用于制備和改性LiMn2O4，是促進(jìn)鋰離子電池發(fā)展非常重要的方法。 LiMn2O4和LiMnO2具有良好的電化學(xué)性能，低成本，良好的熱穩(wěn)定性，高能量密度等，是鋰離子電池中優(yōu)異的正極材料。通過(guò)等離子改性方式，獲得硫化鋰LiMn2O4-xSx作為鋰電陰極材料。由于硫摻雜，晶格發(fā)生了變化，具有125.3mAh·g-1的高容量，并顯著改善了循環(huán)穩(wěn)定性(如圖2f所示，在60次循環(huán)后仍保持其初始放電容量的97.76％)。 3、等離子處理制備Li-S電池材料 Li-S電池使用硫作為正極材料，使用鋰作為負(fù)極材料。Li-S電池具有更高的比容量和比能量密度，但問(wèn)題也很突出，例如形成的多硫化鋰很容易溶解在電解液中；S的低電導(dǎo)率會(huì)限制電池性能，并且在充放電過(guò)程中硫的含量會(huì)急劇變化，導(dǎo)致電池性能下降，損壞電池。等離子技術(shù)作為一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)可優(yōu)化Li-S材料性能。 為防止多硫化鋰的擴(kuò)散，通過(guò)修飾引入官能團(tuán)，有效地解決上述問(wèn)題。通過(guò)等離子體增強(qiáng)原子層沉積方法將均勻的氧化鋁涂覆在硫表面上，顯示出約350-450 mAh·g-1的初始容量，300mAh·g-1以上可高溫循環(huán)470圈。 二、 超級(jí)電容器材料等離子處理 電化學(xué)雙層電容器(EDLC)和偽電容器可以提供比電池更高的功率，但表面電荷存儲(chǔ)的限制使容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電池。使用等離子體處理，可以在電極材料的表面上產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)，改善超級(jí)電容器的性能。 1、碳材料超級(jí)電容器材料等離子處理 電容材料主要包括幾種碳材料，例如活性碳，碳納米管和石墨烯等。通過(guò)等離子體處理碳材料摻雜雜原子促使假電容現(xiàn)象發(fā)生在電極表面。使用了具有各種反應(yīng)性氣體(如O2，Ar和CO2)的DBD等離子體來(lái)改性碳材料，與原始材料相比，處理后獲得的材料包含更多的-COOH基團(tuán)。通過(guò)使用等離子體技術(shù)，雜原子可以成功地?fù)诫s到碳材料中，從而增強(qiáng)電容性能。 圖3 氫氣等離子體處理30s，60s(GO轉(zhuǎn)變?yōu)镚S)和1800s時(shí)的GO和GS K-edge XANES譜圖 2、金屬氧化物超級(jí)電容器電極等離子體處理 金屬氧化物是另一類(lèi)顯示偽電容行為的常規(guī)材料。金屬氧化物/碳材料混合體是超級(jí)電容器中最有價(jià)值的電極材料。Hummers法制得MnSO4/GO，然后用空氣等離子體處理復(fù)合材料形成Mn3O4，然后用等離子體還原形成的GO/Mn3O4雜化物。當(dāng)用作中性電解質(zhì)溶液中的電極材料時(shí)，電容達(dá)到193F·g-1。這表明將石墨烯與附著的Mn3O4結(jié)合在一起可以為高性能超級(jí)電容器提供有效的電極。 以上成果來(lái)自于 Lan C K , Chuang S I , Bao Q , et al. One-step argon/nitrogen binary plasma jet irradiation of Li4Ti5O12 for stable high-rate lithium ion battery anodes[J]. Journal of Power Sources, 2015, 275. Yang J , Guzman R C D , Salley S O , et al. Plasma enhanced chemical vapor deposition silicon nitride for a high-performance lithium ion battery anode[J]. Journal of Power Sources, 2014, 269(dec.10):520-525. Zhou Q , Zhao Z , Chen Y , et al. Low temperature plasma-mediated synthesis of graphene nanosheets for supercapacitor electrodes[J]. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(13):6061. Dou S , Tao L , Wang R , et al. Plasma-Assisted Synthesis and Surface Modification of Electrode Materials for Renewable Energy[J]. Advanced Materials, 2018, 30(21):1705850.1-1705850.24. |
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201214760216
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2樓2022-12-06 15:00:02
zkp7232630
銀蟲(chóng) (小有名氣)
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4樓2023-01-29 10:56:28
201214760216
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6樓2023-01-31 13:29:04
簡(jiǎn)單回復(fù)
tzynew3樓
2022-12-06 15:04
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201214760216(金幣+1): 謝謝參與
i 發(fā)自小木蟲(chóng)Android客戶(hù)端
nono20095樓
2023-01-30 06:59
回復(fù)
201214760216(金幣+1): 謝謝參與
。 發(fā)自小木蟲(chóng)Android客戶(hù)端
XG-WUST7樓
2023-02-02 19:58
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[考研] 301求調(diào)劑 +4 | 李LJR 2026-03-04 | 4/200 |
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[考研] 347求調(diào)劑 +6 | 啊歐歐歐 2026-03-03 | 8/400 |
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[基金申請(qǐng)]
 本子寫(xiě)完了，給DS兄弟看了，得了92分
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Doma 2026-03-01 | 10/500 |
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[考研] 304求調(diào)劑 +3 | 曼殊2266 2026-03-04 | 3/150 |
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[考研] 求調(diào)劑，學(xué)校研究所都可以，材料與化工267分 +3 | wmx1 2026-03-05 | 3/150 |
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[考研] 322分 085600求調(diào)劑，有互聯(lián)網(wǎng)+國(guó)金及主持省級(jí)大創(chuàng)經(jīng)歷 +6 | 熊境喆 2026-03-04 | 6/300 |
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[考研] 材料化工調(diào)劑 +15 | 今夏不夏 2026-03-01 | 18/900 |
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[考研] 281求調(diào)劑 +3 | Y?l?h 2026-03-04 | 3/150 |
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[考研] 085600求調(diào)劑 +4 | LRZZZZZZ 2026-03-02 | 6/300 |
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[考研] 291求調(diào)劑 +3 | 咕嚕咕嚕123123 2026-03-02 | 4/200 |
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[考研] 292求調(diào)劑 +3 | sgbl 2026-03-03 | 3/150 |
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[考研] 278求調(diào)劑 +3 | 滿(mǎn)天星11_22 2026-03-02 | 3/150 |
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[考研] 材料工程求調(diào)劑 +3 | 1431251 2026-03-03 | 3/150 |
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[考研] 材料085601調(diào)劑 +5 | 多多子. 2026-03-02 | 5/250 |
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[考研] 哈工大計(jì)算機(jī)劉劼團(tuán)隊(duì)招生 +4 | hit_aiot 2026-03-01 | 6/300 |
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[考研] 材料學(xué)調(diào)劑 +10 | 提神豆沙包 2026-02-28 | 12/600 |
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[考研] 291分工科求調(diào)劑 +9 | science餓餓 2026-03-01 | 10/500 |
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[考研] 317一志愿華南理工電氣工程求調(diào)劑 +6 | Soliloquy_Q 2026-02-28 | 11/550 |
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[考研]
尋找調(diào)劑
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LYidhsjabdj 2026-02-28 | 4/200 |
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