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石墨烯+粉末镍基高温合金&锂离子电池

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-04-12  作者:中国碳谷网  浏览次数:102
核心提示:石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,键长为0.141nm,厚度0.334nm,是一种单个原子层
 石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,键长为0.141nm,厚度0.334nm,是一种单个原子层厚度的准二维材料。

石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,理论拉伸强度为130GPa,是目前已知的最强材料。它最坚硬最轻薄,具有超大比面积,并且透明,具有超高热导,是一种 革命性的材料,在能源,物理化学,材料学,电子信息,计算机和航空航天领域成为研究热点。


采用粉末冶金工艺制备的镍基高温合金材料,合金化程度高,晶粒细小,组织均匀加工性能好,具有优异的高温强度,良好的抗氧化性和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能断裂韧性,是先进高推重比航空发动机涡轮盘等的理想材料。但随着对航空发动机高推重比,高涵道比的需求增加,镍基高温合金逐渐达到使用极限。而石墨烯因其优异物理性质和力学性能作为材料增强体的研究不断深入,亟待开发一种石墨烯增强粉末高温合金新型材料。


但石墨烯金属基复合材料也存在一些如下的突出问题:


为了解决石墨烯金属基复合材料存在的问题,高宇曦师兄为我们讲解了他在研究过程中,有关石墨烯增强粉末高温合金拟解决的问题:


师兄对石墨烯添加之后的实验结果进行了分析,观察了合金的扫描电子显微图像,分析了P-FGH96-GNSs合金界面TEM,P-FGH96-GNSs合金纳米CT,测量了石墨烯增强FGH96合金显微硬度,最终得出结论:PVA修饰FGH96合金是一种切实可行的制备方法,石墨烯作为超细颗粒增强基体,能提高改性合金的强韧性。石墨烯二维薄膜结构形态和褶皱结构特征与基体形成良好的结合界面,结合界面有效防止位错转移和裂纹扩展,从而提高改性合金的强度及裂纹扩展性能等结论。


水热法制备NiFe2O4电极材料在锂电池中的应用

主讲人:丛龙达

指导老师:张世超教授

丛龙达师兄首先为我们介绍了锂离子电池的原理及特点:


接着丛龙达师兄介绍了目前常用的三种负极材料及其研究现状:


结合锂电池电极材料的背景,师兄最后选择对环境友好,成本低廉的NiFe2O4材料来进行研究,目标是制备出长循环寿命、高循环容量的新型NiFe2O4负极材料。由于锂离子扩散率低,锂化和脱锂时产生体积变化仍然较大,导致电池的容量低、循环稳定性差等存在的问题,提出以下解决方案:


介绍完论文选题背景和研究目标及内容之后,丛龙达师兄详细的给同学们讲解了他的实验过程和数据分析。师兄的研究过程主要包括以下内容:

1、分别采用水热法和微乳液法制备新型NiFe2O4负极材料;

2、对制得材料进行形貌和物相表征;

3、将材料按照特定工艺涂布成极片;

4、装配纽扣电池;

5、对电池进行CV曲线,充放电循环等电化学性能测试;


水热法制备过程


样品制备成功之后,观察了水热法制备样品的SEM图,能明显的看出MnFe2O4样品为簇状,颗粒之团聚明显,颗粒直径为2μm左右。又对水热法制备样品进行了电化学测试,最后得出结论:

用水热法合成出的该材料具有一般的形貌外观和较好电化学性能;从SEM表征中可以看出,水热法合成的样品具有微米级的直径,且呈现簇状状态;电化学测试结果表明NiFe2O4的第一次循环中,可以观察到比较高的容量(1222mAh/g),但是在50次循环后容量迅速下降至200mAh/g;此类电极循环稳定性差的原因可能是由于在电池反应后期活性材料的粉碎、体积膨胀大;通过改进的微乳液法对材料性能进行改进。

微乳液法的制备过程


对微乳液法制备样品进行物相分析、形貌表征和电化学测试,得到了如下结论:

多孔一维结构中,NiFe2O4具有超长的循环寿命和优异的速率能力,在100 mA/g的电流密度下200次循环仍能保持630mAh/g以上的容量。这项工作说明了微链状NiFe2O4材料具有作为高容量锂离子电池负极的潜力;优异电化学性能可能是由于一维棒状多孔结构的均匀分布。丰富的空隙有利于电解质扩散,从而使得电极材料与电解液更好接触;相邻颗粒间的空间可以容纳活性物质的体积膨胀;纳米尺寸颗粒构成的一维结构不仅可以为Li+储存提供额外的活性位点,而且可以有效减少Li+扩散的路径长度。

(素材来源:航小材 ,4月11日博士宣讲会)


 
 
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