通过化学溶液法一步制备锗/MXene复合材料, 在MXene表面均匀负载了锗金属纳米颗粒。采用SEM和TEM对Ge/MXene复合材料进行了微观形貌分析, 探索了复合材料的形成过程, 结果表明, Ge/MXene复合材料是二维结构形貌, 其元素分布均一。用Ge/MXene复合材料制备了电极, 并组装成纽扣电池进行充放电性能测试, 对电池的比容量、倍率、循环稳定性能进行了系统分析。测试结果表明, Ge含量为50%时的电化学性能最佳, 0.2C下第5~100圈的容量稳定在1200 mAh/g, 载量为1 mg/cm ²; 载量提高到2 mg/cm ²时的比容量依然能达到450 mAh/g。

锰基氧化物是一类非常有潜力的水系锌离子电池正极材料, 但是在充放电循环过程中面临结构坍塌而导致容量快速衰减。本研究结合微波水热法和原子层沉积法在碳布上构筑了具有核壳结构的Mn₃O₄@ZnO纳米片阵列, 经优化ZnO的包覆厚度后, Mn₃O₄充放电100个循环的容量保持率可以提高至60.3%。ZnO包覆层可以有效维持Mn₃O₄的结构稳定性, 并且避免其与电解液直接接触而被腐蚀溶解, 从而改善材料的储锌电化学性能。这种核壳状结构的设计为发展高性能水系锌离子电池锰基氧化物正极材料提供了一种有效的思路。

本研究提出一种Mn ²⁺插层策略用于优化V₂C MXene的储钠性能。Mn ²⁺的插层不仅扩大了V₂C MXene的层间距同时形成了V-O-Mn 共价键, 有利于稳定V₂C的结构, 抑制Na ⁺脱嵌过程中由于体积变化引起的结构坍塌。结果表明, 插层后的V₂C MXene(V₂C@Mn)电极在电流密度为0.05 A·g ^-1时具有425 mAh·g ^-1的高比容量, 并且经过1200次长循环后容量还有70%保留。V₂C@Mn优异的性能表明阳离子插层调控的MXene在Na ⁺存储方面具有潜在的应用前景。

采用自组装及热处理方法合成α-MoC_1-x纳米晶富集的纳米碳球(α-MoC_1-x/CNS), 并将其涂覆在商用聚丙烯隔膜上, 对隔膜实现了界面修饰。电化学性能显示, 与普通的聚丙烯隔膜相比, 采用修饰的α-MoC_1-x/CNS-PP隔膜组装的锂硫电池的循环稳定性和倍率性能均得到明显提升, 在0.5C条件下, 电池首周放电比容量提升至1129.7 mAh/g, 经过100周充放电循环后, 电池仍具有855.5 mAh/g的放电比容量, 且在此循环过程中, 库伦效率始终大于98%。在自放电测试中, 电池经过48 h静置后的容量损失率仅为7.7%。结合α-MoC_1-x/CNS的微观形貌及XPS分析可知, 在锂硫电池充放电过程中, α-MoC_1-x/CNS修饰层有效地阻挡了多硫化锂向负极侧的扩散迁移, 且当α-MoC_1-x与多硫离子接触时能产生Mo-S键、硫代和连多硫酸根产物, 进一步巩固了活性物质被约束的程度, 从而使电池性能得到提升。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、功率密度大、室温启动快、噪音低和零污染等特点, 有望减少二氧化碳排放量, 缓解能源危机, 在轨道交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景。催化剂是PEMFC的关键材料, Pt催化氧还原反应活性和稳定性好, 是广泛使用且很难被取代的电催化剂。然而Pt储量低、价格昂贵, 导致PEMFC成本较高, 使用Pt载体可减少PEMFC的Pt负载量, 提高Pt利用率。碳材料具有成本低廉、比表面积大、孔结构丰富、电导率和表面性质可调等特性, 是广泛应用的Pt载体。商用的炭黑载体对Pt的利用效率低, 抗电化学腐蚀性较差。为了进一步提高PEMFC的性能和持续性, 需要研发能够均匀负载Pt、高效利用Pt、抗电化学腐蚀性强且导电性好的碳载体, 进而实现PEMFC的大规模应用。炭气凝胶、碳纳米管和石墨烯等新型碳载体具有独特的结构和性质, 可以提高PEMFC性能和寿命, 引起了研究者的广泛关注。本文对近年来PEMFC新型碳材料Pt载体的研究进展进行了较为详细的综述, 并对其发展趋势作出了适当评论。

本研究利用固相反应法合成了一系列镧取代La_xSr_2-3x/2Fe_1.5Ni_0.1Mo_0.4O_6-δ (La_xSFNM, x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)钙钛矿陶瓷材料, 并研究其作为固体氧化物燃料电池阳极的电化学性能。X射线衍射(XRD)测试表明合成的粉末具有立方钙钛矿结构。在高温下利用氢气还原La_xSFNM样品, 发现其晶粒表面析出纳米尺度的Fe-Ni合金颗粒, 并且偏析纳米颗粒的密度随着La ³⁺掺杂量的增加而显著降低。在对称电池阻抗测试中, 随着La ³⁺掺杂量的增加, 阳极极化阻抗逐渐降低, 掺入量为0.3时阻抗达到最小值。La_0.3SFNM对称电池在750 ℃下极化阻抗仅为0.16 W?cm ², 进一步增加掺杂量时, La_0.4SFNM对称电池极化阻抗增加至0.17 W?cm ²。La_0.3SFNM材料良好的电极反应催化活性源于适当分布的Fe-Ni合金纳米偏析颗粒与La_xSFNM陶瓷基体的共同作用。利用流延法制备一系列以La_xSFNM为阳极、SmBa_0.5Sr_0.5Co₂O₆为阴极、LSGM为电解质的单电池, 使用氢气作为燃料时, La ³⁺掺杂量x=0.3的单电池表现出最高的功率密度, 在750、650和550 ℃时峰值功率密度可达1.26、0.90和0.52 W·cm ^-2。上述结果表明, La_0.3Sr_1.55Fe_1.5Ni_0.1Mo_0.4O_6-δ可以用作高性能SOFC阳极催化剂。