Small║非晶/晶相异质结构MoO2@煤矸石电催化剂助力锂氧气电池

锂电联盟会长 2023-04-01 10:03
点击左上角“锂电联盟会长”,即可关注!

文 章 信 息

变废为宝:非晶/晶相异质结构MoO2@煤矸石电催化剂用于高性能锂氧气电池研究
第一作者:孙志辉,胡应杰
通讯作者:张吉雄*,赵帅*,曾楷*
单位:中国矿业大学,南京晓庄学院,西南交通大学

研 究 背 景

高能量密度锂-氧气电池正极充放电过程缓慢的氧气还原反应(ORR)和氧气析出反应(OER)动力学,导致电池充放电极化大、循环效率低,严重制约锂-氧气电池实际应用。开发高效、稳定ORR/OER双功能电催化剂是解决上述问题的关键。此外,如何平衡催化剂成本与催化活性是锂-氧气电池电极材料研究的瓶颈之一。
煤矸石作为煤炭开采和洗选过程中产生的一种固废,其不合理排放和无序堆积不仅存在自燃、爆炸等安全问题,还容易诱发一系列环境污染问题。研究发现煤矸石具有独特片状结构的多种活性组分,并且表面存在大量吸附位点和羟基官能团,是构造锂-氧气电池低成本、高活性电催化剂的理想前驱体。然而,煤矸石储能化设计目前处于起步阶段,其在锂-氧气电池中的合理利用仍存在较大挑战,尚面临许多关键科学问题亟待解决。

文 章 简 介

基于此,中国矿业大学张吉雄教授/赵帅博士&西南交通大学曾楷博士报道通过酸/碱静置活化和水热法成功制备了具有非晶/晶相异质结构MoO2@煤矸石复合材料,并成功应用于锂-氧气电池。基于对无定形煤矸石基底和纳米MoO2晶体理性设计,获得具有热力学和动力学稳定的高活性MoO2@煤矸石正极催化剂,在锂-氧气电池中表现出优异的电化学性能(初始放电容量:9748 mAh g−1;循环性能:> 2200 h)。
实验结合密度泛函理论(DFT)分析揭示MoO2@煤矸石复合材料的高活性归因于以下三个关键因素:N掺杂的MoO2颗粒与煤矸石基底的协同、非晶相/晶相异质结构以及有效改善中间产物LiO2吸/脱附能。本论文首次报道煤基固废煤矸石被应用于电化学储能,为煤矸石功能化利用提供新的思路。该论文发表于国际知名期刊Small(IF: 15.153),孙志辉博士、胡应杰博士为论文第一作者。
图1. 图片摘要。

本 文 要 点

要点一:
采用酸/碱静置活化结合水热法成功将晶相N-MoO2纳米颗粒锚定在非晶煤矸石表面。非晶态煤矸石提供稳定的基底结构, N掺杂的MoO2纳米颗粒提供优异的电化学活性,具有很强的协同增效作用。
图2. MoO2@煤矸石催化剂制备示意图及形貌、物相分析。

图3. MoO2@煤矸石催化剂形貌、结构表征。

要点二:
MoO2@煤矸石电催化剂呈现出独特的无定形-结晶相异质结构。该结构一方面有利于暴露丰富的电化学活性位点,另一方面有利于电解液的完全渗透和放电产物的充分堆积。同时,MoO2与煤矸石表面SiO2之间具有强电子耦合作用,可以有效优化催化剂表面电子结构和局部配位环境。
图4. MoO2@煤矸石催化剂XPS分析。

图5. MoO2@煤矸石催化剂在锂-氧气电池中的电化学性能

要点三:
DFT计算表明, N掺杂的 MoO2纳米晶体可以有效地提高材料的电子导电性和对中间产物LiO2的吸附能力;煤矸石表面SiO2非晶体的存在可以充当“稳定剂”,提高MoO2的结构稳定性。MoO2-SiO2特殊异质结构的形成有助于降低电荷转移的能垒,增强对放电中间产物的吸附。
图5. DFT理论分析

文 章 链 接

Turn "waste" into wealth: MoO2@coal gangue Electrocatalyst with amorphous/crystalline heterostructure for Efficient Li-O2 batteries
https://doi.org/10.1002/smll.202208145

通 讯 作 者 简 介

张吉雄,中国矿业大学教授,博士生导师。
2008年6月获中国矿业大学工学博士学位,2014年9月至2015年9月在美国南伊利诺伊大学做访问学者。2016年12月起担任中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室副主任,2019年1月起担任矿业工程学院院长、党委副书记,2022年9月起任中国矿业大学党委常委、副校长。研究方向为:矿山绿色功能材料。
发表高水平学术论文100余篇,2020、2021、2022年连续入选Elsevier矿业工程领域中国高被引学者;主持国家重点研发计划项目、国家111计划创新引智基地、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目等科研项目30余项;获国家技术发明二等奖及省部级科技进步一等奖等6项,获授权国家发明专利80余件;出版学术专著2部,主编教材2部;制定国家或行业标准9项;享受国务院政府特殊津贴专家,先后入选国家重大人才工程项目、科技部中青年科技创新领军人才、教育部新世纪优秀人才及江苏省有突出贡献中青年专家等。

赵帅,中国矿业大学讲师,硕士生导师
2020年6月获吉林大学工学博士学位,同年7月入职中国矿业大学矿业工程学院,2021年3月进入中国矿业大学矿业工程学院博士后科研流动站从事非常规能源清洁提质工艺研究。发表学术论文20余篇,参与国家重点研发计划及国家自然科学基金项目4项,主持省部级以上科研项目4项,获得国家发明专利4项。

曾楷,西南交通大学讲师
2017.9-2022.6,于苏州大学获理学博士学位(硕博连读)。同年7月进入西南交通大学工作。研究方向为:新能源材料的基础和应用研究(电解水制氢、氢氧燃料电池膜电极、金属-空气电池等),先后在Advanced Functional Materials, Advanced Energy Materials, Energy Storage Materials, Small, Applied Catalysis B: Environmental, Chemical Engineering Journal, ACS Applied Material Interfaces等期刊发表SCI收录论文10余篇,其中第一作者/通讯作者论文8篇,ESI高被引论文3篇,授权中国发明专利2项。担任Small, Chemical Engineering Journal等期刊审稿人。

第 一 作 者 简 介

孙志辉,中国矿业大学博士后
2016.9-2021.6,于苏州大学获理学博士学位。2021.7月进入中国矿业大学工作。研究方向为:矿山功能材料和高比能储能器件研究(热电协同转化;固废原位改性处置,锂空气电池研发等),先后在Advanced Energy Materials, Applied Catalysis B: Environmental, ACS Nano, Small, Journal of Materials chemistry A, ACS Applied Material Interfaces等期刊发表SCI收录论文10余篇,其中第一作者论文8篇。

锂电联盟会长向各大团队诚心约稿,课题组最新成果、方向总结、推广等皆可投稿,请联系:邮箱libatteryalliance@163.com。

相关阅读:
锂离子电池制备材料/压力测试
锂电池自放电测量方法:静态与动态测量法!
软包电池关键工艺问题!
一文搞懂锂离子电池K值!
工艺,研发,机理和专利!软包电池方向重磅汇总资料分享!
揭秘宁德时代CATL超级工厂!
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看!
锂离子电池生产中各种问题汇编
锂电池循环寿命研究汇总(附60份精品资料免费下载)

锂电联盟会长 研发材料,应用科技
评论
  • 食物浪费已成为全球亟待解决的严峻挑战,并对环境和经济造成了重大影响。最新统计数据显示,全球高达三分之一的粮食在生产过程中损失或被无谓浪费,这不仅导致了资源消耗,还加剧了温室气体排放,并带来了巨大经济损失。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,艾迈斯欧司朗基于AS7341多光谱传感器开发的创新应用来解决食物浪费这一全球性难题。其多光谱传感解决方案为农业与食品行业带来深远变革,该技术通过精确判定最佳收获时机,提升质量控制水平,并在整个供应链中有效减少浪费。 在2024
    艾迈斯欧司朗 2025-01-14 18:45 71浏览
  • 在不断发展的电子元件领域,继电器——作为切换电路的关键设备,正在经历前所未有的技术变革。固态继电器(SSR)和机械继电器之间的争论由来已久。然而,从未来发展的角度来看,固态继电器正逐渐占据上风。本文将从耐用性、速度和能效三个方面,全面剖析固态继电器为何更具优势,并探讨其在行业中的应用与发展趋势。1. 耐用性:经久耐用的设计机械继电器:机械继电器依靠物理触点完成电路切换。然而,随着时间的推移,这些触点因电弧、氧化和材料老化而逐渐磨损,导致其使用寿命有限。因此,它们更适合低频或对切换耐久性要求不高的
    腾恩科技-彭工 2025-01-10 16:15 113浏览
  • 随着数字化的不断推进,LED显示屏行业对4K、8K等超高清画质的需求日益提升。与此同时,Mini及Micro LED技术的日益成熟,推动了间距小于1.2 Pitch的Mini、Micro LED显示屏的快速发展。这类显示屏不仅画质卓越,而且尺寸适中,通常在110至1000英寸之间,非常适合应用于电影院、监控中心、大型会议、以及电影拍摄等多种室内场景。鉴于室内LED显示屏与用户距离较近,因此对于噪音控制、体积小型化、冗余备份能力及电气安全性的要求尤为严格。为满足这一市场需求,开关电源技术推出了专为
    晶台光耦 2025-01-13 10:42 516浏览
  • 01. 什么是过程能力分析?过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据,预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析,推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。02. 基本概念在定义制造过程时,目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。核心概念很简单:
    优思学院 2025-01-12 15:43 535浏览
  • ARMv8-A是ARM公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来ARM架构变动最大的一次。以下是对ARMv8-A的详细介绍: 1. 背景介绍    ARM公司最初并未涉足PC市场,其产品主要针对功耗敏感的移动设备。     随着技术的发展和市场需求的变化,ARM开始扩展到企业设备、服务器等领域,这要求其架构能够支持更大的内存和更复杂的计算任务。 2. 架构特点    ARMv8-A引入了Execution State(执行状
    丙丁先生 2025-01-12 10:30 478浏览
  • 根据Global Info Research(环洋市场咨询)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机电池和电源产值达到2834百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为10.1%。 无人机电池是为无人机提供动力并使其飞行的关键。无人机使用的电池类型因无人机的大小和型号而异。一些常见的无人机电池类型包括锂聚合物(LiPo)电池、锂离子电池和镍氢(NiMH)电池。锂聚合物电池是最常用的无人机电池类型,因为其能量密度高、设计轻巧。这些电池以输出功率大、飞行时间长而著称。不过,它们需要
    GIRtina 2025-01-13 10:49 201浏览
  • 数字隔离芯片是现代电气工程师在进行电路设计时所必须考虑的一种电子元件,主要用于保护低压控制电路中敏感电子设备的稳定运行与操作人员的人身安全。其不仅能隔离两个或多个高低压回路之间的电气联系,还能防止漏电流、共模噪声与浪涌等干扰信号的传播,有效增强电路间信号传输的抗干扰能力,同时提升电子系统的电磁兼容性与通信稳定性。容耦隔离芯片的典型应用原理图值得一提的是,在电子电路中引入隔离措施会带来传输延迟、功耗增加、成本增加与尺寸增加等问题,而数字隔离芯片的目标就是尽可能消除这些不利影响,同时满足安全法规的要
    华普微HOPERF 2025-01-15 09:48 92浏览
  • 随着全球向绿色能源转型的加速,对高效、可靠和环保元件的需求从未如此强烈。在这种背景下,国产固态继电器(SSR)在实现太阳能逆变器、风力涡轮机和储能系统等关键技术方面发挥着关键作用。本文探讨了绿色能源系统背景下中国固态继电器行业的前景,并强调了2025年的前景。 1.对绿色能源解决方案日益增长的需求绿色能源系统依靠先进的电源管理技术来最大限度地提高效率并最大限度地减少损失。固态继电器以其耐用性、快速开关速度和抗机械磨损而闻名,正日益成为传统机电继电器的首选。可再生能源(尤其是太阳能和风能
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:18 333浏览
  • 流量传感器是实现对燃气、废气、生活用水、污水、冷却液、石油等各种流体流量精准计量的关键手段。但随着工业自动化、数字化、智能化与低碳化进程的不断加速,采用传统机械式检测方式的流量传感器已不能满足当代流体计量行业对于测量精度、测量范围、使用寿命与维护成本等方面的精细需求。流量传感器的应用场景(部分)超声波流量传感器,是一种利用超声波技术测量流体流量的新型传感器,其主要通过发射超声波信号并接收反射回来的信号,根据超声波在流体中传播的时间、幅度或相位变化等参数,间接计算流体的流量,具有非侵入式测量、高精
    华普微HOPERF 2025-01-13 14:18 500浏览
  • 新年伊始,又到了对去年做总结,对今年做展望的时刻 不知道你在2024年初立的Flag都实现了吗? 2025年对自己又有什么新的期待呢? 2024年注定是不平凡的一年, 一年里我测评了50余块开发板, 写出了很多科普文章, 从一个小小的工作室成长为科工公司。 展望2025年, 中国香河英茂科工, 会继续深耕于,具身机器人、飞行器、物联网等方面的研发, 我觉得,要向未来学习未来, 未来是什么? 是掌握在孩子们生活中的发现,和精历, 把最好的技术带给孩子,
    丙丁先生 2025-01-11 11:35 466浏览
  • Snyk 是一家为开发人员提供安全平台的公司,致力于协助他们构建安全的应用程序,并为安全团队提供应对数字世界挑战的工具。以下为 Snyk 如何通过 CircleCI 实现其“交付”使命的案例分析。一、Snyk 的挑战随着客户对安全工具需求的不断增长,Snyk 的开发团队面临多重挑战:加速交付的需求:Snyk 的核心目标是为开发者提供更快、更可靠的安全解决方案,但他们的现有 CI/CD 工具(TravisCI)运行缓慢,无法满足快速开发和部署的要求。扩展能力不足:随着团队规模和代码库的不断扩大,S
    艾体宝IT 2025-01-10 15:52 164浏览
  •   在信号处理过程中,由于信号的时域截断会导致频谱扩展泄露现象。那么导致频谱泄露发生的根本原因是什么?又该采取什么样的改善方法。本文以ADC性能指标的测试场景为例,探讨了对ADC的输出结果进行非周期截断所带来的影响及问题总结。 两个点   为了更好的分析或处理信号,实际应用时需要从频域而非时域的角度观察原信号。但物理意义上只能直接获取信号的时域信息,为了得到信号的频域信息需要利用傅里叶变换这个工具计算出原信号的频谱函数。但对于计算机来说实现这种计算需要面对两个问题: 1.
    TIAN301 2025-01-14 14:15 118浏览
  • 随着通信技术的迅速发展,现代通信设备需要更高效、可靠且紧凑的解决方案来应对日益复杂的系统。中国自主研发和制造的国产接口芯片,正逐渐成为通信设备(从5G基站到工业通信模块)中的重要基石。这些芯片凭借卓越性能、成本效益及灵活性,满足了现代通信基础设施的多样化需求。 1. 接口芯片在通信设备中的关键作用接口芯片作为数据交互的桥梁,是通信设备中不可或缺的核心组件。它们在设备内的各种子系统之间实现无缝数据传输,支持高速数据交换、协议转换和信号调节等功能。无论是5G基站中的数据处理,还是物联网网关
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:20 451浏览
  • PNT、GNSS、GPS均是卫星定位和导航相关领域中的常见缩写词,他们经常会被用到,且在很多情况下会被等同使用或替换使用。我们会把定位导航功能测试叫做PNT性能测试,也会叫做GNSS性能测试。我们会把定位导航终端叫做GNSS模块,也会叫做GPS模块。但是实际上他们之间是有一些重要的区别。伴随着技术发展与越发深入,我们有必要对这三个词汇做以清晰的区分。一、什么是GPS?GPS是Global Positioning System(全球定位系统)的缩写,它是美国建立的全球卫星定位导航系统,是GNSS概
    德思特测试测量 2025-01-13 15:42 506浏览
  • 电动汽车(EV)正在改变交通运输,为传统内燃机提供更清洁、更高效的替代方案。这种转变的核心是电力电子和能源管理方面的创新,而光耦合器在其中发挥着关键作用。这些不起眼的组件可实现可靠的通信、增强安全性并优化电动汽车系统的性能,使其成为正在进行的革命中不可或缺的一部分。光耦合器,也称为光隔离器,是一种使用光传输电信号的设备。通过隔离高压和低压电路,光耦合器可确保安全性、减少干扰并保持信号完整性。这些特性对于电动汽车至关重要,因为精确控制和安全性至关重要。 光耦合器在电动汽车中的作用1.电池
    腾恩科技-彭工 2025-01-10 16:14 85浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦