机械合金化结合放电等离子烧结技术制备热电材料的研究进展 被引量：10

1

作者 石建磊 裴俊 +1 位作者 张波萍 李敬锋 《粉末冶金技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期4-14,共11页

近年来,热电材料研究取得重要突破,不仅传统Bi2Te3、PbTe基热电材料性能得到提升,同时还发现一批新型高性能热电材料,如SnSe、GeTe等。热电材料性能的提升不仅取决于材料成分、结构及缺陷,还与制备工艺密不可分。机械合金化(mechanical ... 近年来,热电材料研究取得重要突破,不仅传统Bi2Te3、PbTe基热电材料性能得到提升,同时还发现一批新型高性能热电材料,如SnSe、GeTe等。热电材料性能的提升不仅取决于材料成分、结构及缺陷,还与制备工艺密不可分。机械合金化(mechanical alloying,MA)结合放电等离子体烧结(spark plasma sintering,SPS)的粉末冶金技术是制备热电材料的重要方法,该方法简单、高效,获得的晶粒尺寸较小,同时可以引入纳米结构和缺陷,有助于降低晶格热导率,获得高热电性能。此外,基于机械合金化结合放电等离子体烧结技术制备出的块体材料具有更优的力学性能,可以有效地增强热电器件的使用寿命。本文介绍了机械合金化与放电等离子体烧结方法制备热电材料的基本原理和关键影响因素,并概述了利用该方法制备的碲化物、硫化物和硒化物基热电材料的研究进展。 展开更多

关键词 机械合金化 放电等离子烧结 热电材料 研究进展

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有机物热解碳包覆人造石墨负极材料的改性研究 被引量：8

2

作者 王春梅 赵海雷 +2 位作者 王静 王捷 吕鹏鹏 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第23期3208-3212,共5页

采用溶胶-凝胶法在人造石墨表面包覆不同有机物碳源后进行热处理,制备了具有"核-壳"结构的热解无定形碳包覆人造石墨改性负极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电以及循环伏安(CV)测试等方法研究了... 采用溶胶-凝胶法在人造石墨表面包覆不同有机物碳源后进行热处理,制备了具有"核-壳"结构的热解无定形碳包覆人造石墨改性负极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒电流充放电以及循环伏安(CV)测试等方法研究了碳源种类和包覆量对材料晶格结构、颗粒形貌及电化学性能的影响。结果表明,以聚偏氟乙烯(PVDF)作为碳源、5%(质量分数)的包覆量制备的材料具有较高的可逆比容量(约360mAh/g)和首次库仑效率(88.5%),表现出优异的倍率性能和循环稳定性。这主要是由于5%(质量分数)的PVDF包覆量在石墨表面形成的无定形碳包覆层比较完整且厚度适宜,无定形碳的各向同性结构特征增加了锂离子扩散的通道,促进了电极反应过程的进行。 展开更多

关键词 无定形碳 包覆 石墨 负极材料 锂离子电池

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锂离子电池硬碳负极材料的制备及性能表征 被引量：9

3

作者 王春梅 赵海雷 +2 位作者 王静 王捷 吕鹏鹏 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1932-1935,共4页

以蔗糖为原料，采用水热法制备了硬碳（HC）负极材料。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、恒电流充放电测试等方法研究了溶液浓度和热处理温度对材料相结构、颗粒形貌及电化学性能的影响。结果表明，随溶液浓度的提高，硬... 以蔗糖为原料，采用水热法制备了硬碳（HC）负极材料。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、恒电流充放电测试等方法研究了溶液浓度和热处理温度对材料相结构、颗粒形貌及电化学性能的影响。结果表明，随溶液浓度的提高，硬碳粉体颗粒度逐渐加大。但过低浓度制备的纳米硬碳颗粒易团聚，过高浓度易引起颗粒的异常长大。热处理温度过低材料表面会残存有机物，而温度太高易导致颗粒长大。这些都不利于材料电化学性能的发挥。蔗糖溶液浓度为5％（质量分数）、热处理温度为700℃时制备的硬碳，颗粒细小且分布均匀，表现出较高的可逆比容量（～260mAh／g）、优异的倍率性能和循环稳定性。 展开更多

关键词 硬碳 合成参数 负极材料 锂离子电池

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衬底修饰层诱导的高覆盖率单层MoS_(2)晶圆生长研究

4

作者 左浩松 刘一禾 +4 位作者 陈匡磊 胥如峰 张铮 张先坤 张跃 《真空科学与技术学报》 北大核心 2025年第8期628-634,共7页

作为后摩尔时代集成电路发展的关键候选材料之一,二维二硫化钼(MoS_(2))晶圆级高质量制备是其产业化应用的重要基础。当前基于蓝宝石衬底的化学气相沉积(CVD)法虽可实现大尺寸MoS_(2)薄膜生长,但受限于气相MoO_(3)在蓝宝石Al-O界面上吸... 作为后摩尔时代集成电路发展的关键候选材料之一,二维二硫化钼(MoS_(2))晶圆级高质量制备是其产业化应用的重要基础。当前基于蓝宝石衬底的化学气相沉积(CVD)法虽可实现大尺寸MoS_(2)薄膜生长,但受限于气相MoO_(3)在蓝宝石Al-O界面上吸附能力较弱导致的钼源不均匀沉积,造成了薄膜翘曲和裂纹缺陷等问题。研究提出了一种蓝宝石衬底表面预制备Al-O-Mo-O化学键合修饰层的生长策略,成功生长出均匀连续、高覆盖率的2英寸单层MoS_(2)晶圆。该方法通过在预退火沉积的过程中,提供稳定的氧气氛围,有效减弱了蓝宝石表面悬挂键,同时在蓝宝石衬底表面构筑了Al-O-Mo-O修饰层,为气相MoO_(3)沉积提供稳固的锚定位点,增强了MoO_(3)反应源在界面上的吸附作用,促进了气相钼源在衬底上的均匀吸附沉积和均匀硫化,最终获得高覆盖率单层MoS_(2)薄膜。基于此薄膜构建的顶栅晶体管阵列性能展现出优异的一致性,最高开关比达10^(7),最大开态电流达10^(−5)A,器件良率超过96%。研究提出的衬底修饰方法为蓝宝石基高质量MoS_(2)薄膜的可控制备提供了新方案,优化了现有制备工艺体系,对推动二维材料在集成电路中的应用具有积极意义。 展开更多

关键词 MoS_(2) 前驱体 MoO_(3) 薄膜覆盖率 化学气相沉积

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锂离子电池SiO/C复合负极材料的制备及性能研究 被引量：2

5

作者 王静 赵海雷 +2 位作者 王春梅 吕鹏鹏 夏青 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2012年第5期69-72,共4页

以正硅酸乙酯和蔗糖为原料,采用液相法制备了SiO/C复合负极材料。通过XRD、SEM以及恒流充放电测试等方法研究了煅烧温度、溶液pH值对SiO/C材料的相组成、颗粒形貌及电化学性能的影响。结果表明,煅烧温度为800℃、pH=6时制备的SiO/C负极... 以正硅酸乙酯和蔗糖为原料,采用液相法制备了SiO/C复合负极材料。通过XRD、SEM以及恒流充放电测试等方法研究了煅烧温度、溶液pH值对SiO/C材料的相组成、颗粒形貌及电化学性能的影响。结果表明,煅烧温度为800℃、pH=6时制备的SiO/C负极材料具有高的可逆比容量(～500mAh/g)及优良的循环性能。这主要是由于煅烧温度为800℃时材料中无定形碳的碳化程度较高,pH=6时可形成较小的SiO核心颗粒。 展开更多

关键词 氧化硅基材料 负极材料 锂离子电池

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正极材料Li_2MSiO_4(M=Fe、Mn)的研究进展 被引量：2

6

作者 刘晓彤 赵海雷 +1 位作者 王捷 何见超 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期108-111,共4页

对近年来有关正极材料Li2MSiO4(M=Fe、Mn)的结构特征、电化学性能中存在的问题(如电导率低、容量衰减等)及性能改善的方法(如掺杂、包覆等)进行了综述。总结了对结构认识存在分歧的原因及合成方法对材料性能的影响。

关键词 锂离子电池 正极材料 硅酸锰锂(Li2MnSiO4) 硅酸铁锂(Li2FeSiO4)

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锂离子电池高比容量FeSn_2-C复合负极材料的合成与性能

7

作者 刘欣 解晶莹 +4 位作者 赵海雷 吕鹏鹏 王可 丰震河 王梦微 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1281-1289,共9页

Sn基合金负极材料具有高达990 mAh·g-1的理论比容量,但其也存在因脱嵌锂过程发生巨大的体积变化而导致循环性能较差的问题.本文以Sn、Fe、石墨为原料利用简易的高能球磨法成功制备了具有核壳结构的FeSn2-C复合物,系统研究了球磨时... Sn基合金负极材料具有高达990 mAh·g-1的理论比容量,但其也存在因脱嵌锂过程发生巨大的体积变化而导致循环性能较差的问题.本文以Sn、Fe、石墨为原料利用简易的高能球磨法成功制备了具有核壳结构的FeSn2-C复合物,系统研究了球磨时间、FeSn2相含量对材料物相结构及电化学性能的影响,并分析了电极的失效机理.研究表明,球磨时间的增加有利于FeSn2金属间化合物相的形成及材料颗粒的细化,进而有利于材料比容量的增加及循环性能的提升;FeSn2相含量的增加能够提高FeSn2-C材料的比容量,但会降低FeSn2-C电极的循环稳定性.经工艺优化及组分调节,球磨24 h合成的Sn20Fe10C70材料具有最优的电化学性能,材料的比容量在540mAh·g-1左右,并能稳定循环100次,是一种非常有发展前途的锂离子电池高比容量负极材料. 展开更多

关键词 FeSn2-C复合物 相组成 高能球磨 负极材料 锂离子电池

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固体氧化物燃料电池高催化活性阴极材料SrFeFxO3-x-δ 被引量：1

8

作者 董旭 杜志鸿 +2 位作者 张旸 李科云 赵海雷 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第2期415-424,共10页

该工作制备了F离子掺杂的SrFeFxO3-x-δ(SFFx,x=0、0.125、0.25)阴极材料,研究了F离子掺杂对材料结构及电化学性能的影响。结果表明,F离子的引入可使材料在室温下保持立方结构,F离子掺杂显著提高SFFx的电子电导率、降低材料的热膨胀系... 该工作制备了F离子掺杂的SrFeFxO3-x-δ(SFFx,x=0、0.125、0.25)阴极材料,研究了F离子掺杂对材料结构及电化学性能的影响。结果表明,F离子的引入可使材料在室温下保持立方结构,F离子掺杂显著提高SFFx的电子电导率、降低材料的热膨胀系数、提高材料的氧表面交换系数和体扩散系数,降低电极反应的极化电阻,改善材料的电化学催化特性。电极反应动力学过程研究表明,F掺杂可显著促进氧分子的解离过程,以SFFx与Sm0.2Ce0.8O2-δ(物质的量比1:1)的混合材料为复合阴极,以La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(300μm)为电解质并作为支撑体,NiO-Gd0.1Ce0.9O2-δ为阳极组装单电池。研究发现,F掺杂提高了电池的功率密度,当x=0.25时,700 o C和850oC时最大功率密度分别可达446和962 mW·cm-2。 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池 阴极 钙钛矿 氟离子掺杂 电极反应动力学过程

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La0.05Ba0.95FeO3-δ-Gd0.2Ce0.8O2-δ双相透氧膜材料的制备及其性能研究 被引量：2

9

作者 沈乐宇 邓红 赵海雷 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2020年第6期913-918,共6页

采用传统陶瓷方法制备了致密的La0.05Ba0.95FeO3-δ(LBFO)-Gd0.2Ce0.8O2-δ(GDC)双相透氧膜材料,并对不同比例的双相材料进行结构和性能表征。结果表明,LBFO和GDC之间具有很好的化学相容性,1300°C致密化烧结后未见杂质产生。两相... 采用传统陶瓷方法制备了致密的La0.05Ba0.95FeO3-δ(LBFO)-Gd0.2Ce0.8O2-δ(GDC)双相透氧膜材料,并对不同比例的双相材料进行结构和性能表征。结果表明,LBFO和GDC之间具有很好的化学相容性,1300°C致密化烧结后未见杂质产生。两相可以相互结合形成致密陶瓷。GDC相含量的增加使材料的电导率、透氧率降低,但有助于材料结构稳定性的提高。当GDC含量为70wt.%时,该透氧膜材料在还原气氛下具有较好的稳定性,其透氧率在900℃时可以到达0.34 mL·min^-1·cm^-2。 展开更多

关键词 透氧膜 双相材料 铁基钙钛矿 钆掺杂氧化铈 结构稳定性

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Mn基A位双钙钛矿材料在固体氧化物电池中的研究进展 被引量：2

10

作者 张旸 朱良柱 +1 位作者 官万兵 赵海雷 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2022年第5期816-824,共9页

固体氧化物电池(Solid Oxide Cell,SOC)可以在燃料电池模式下将燃料的化学能转化为电能,也可以在电解池模式下将电能转化为燃料的化学能,具有能量转换效率高、燃料适应性强等优点,对于可再生能源的储存与转化非常有吸引力。电极作为电... 固体氧化物电池(Solid Oxide Cell,SOC)可以在燃料电池模式下将燃料的化学能转化为电能,也可以在电解池模式下将电能转化为燃料的化学能,具有能量转换效率高、燃料适应性强等优点,对于可再生能源的储存与转化非常有吸引力。电极作为电化学反应场所,对SOC性能起关键作用。相比于传统复合电极材料,钙钛矿材料因其结构简单、结构容忍性强、电化学性质可调而受到人们广泛关注。Mn基A位层状双钙钛矿(LnBaMn_(2)O_(5+δ),Ln为镧系元素)具有快速氧离子迁移通道,对燃料气与氧气均具有较好的催化活性,且在较宽氧分压下均保持良好的结构稳定性,被广泛应用于SOC正负两极。详细描述了Mn基A位双钙钛矿材料的晶体结构特征及形成原因,讨论了其改性方法及研究进展,并给出了Mn基A位层状双钙钛矿未来的发展方向。 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池 固体氧化物电解池 A位双钙钛矿 晶体结构 催化

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硅基磷灰石电解质材料的研究进展

11

作者 杨天让 赵海雷 +1 位作者 韩载浩 卢瑶 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期109-112,共4页

介绍了硅基磷灰石电解质材料的结构和电荷传导机理;综述了材料的制备方法以及改性的研究进展,主要包括纳米粉体的制备、先进烧结技术的使用和通过掺杂提高氧离子电导率等;对研究的方向提出了建议。

关键词 固体氧化物燃料电池 电解质 磷灰石 综述

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络合剂对铁基普鲁士蓝结构及储钠性能的影响 被引量：5

12

作者 龙宣有 王捷 +3 位作者 赵丽娜 赵海雷 王康康 高飞 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第1期18-25,共8页

以普鲁士蓝及其衍生物为代表的新型储能材料,具有开放的框架结构,有利于钠离子的存储及快速迁移,作为钠离子电池正极材料具有很好的应用前景。其中,铁基普鲁士蓝材料由于资源丰富、制备过程简单、比容量高等优点,备受关注。普鲁士蓝的... 以普鲁士蓝及其衍生物为代表的新型储能材料,具有开放的框架结构,有利于钠离子的存储及快速迁移,作为钠离子电池正极材料具有很好的应用前景。其中,铁基普鲁士蓝材料由于资源丰富、制备过程简单、比容量高等优点,备受关注。普鲁士蓝的晶体结构对其电化学性能影响较大,特别是晶体中的钠含量、空位数量和结晶水含量。通过调整合成工艺参数,可以控制普鲁士蓝的晶体结构形式和组成。采用简单的共沉淀法,在制备过程中添加络合剂柠檬酸三钠,合成了富钠型铁基普鲁士蓝钠离子电池正极材料。借助X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微技术(SEM)、热重分析(TG)和电化学表征技术等测试方法分析了柠檬酸三钠络合剂在晶体结构形成中的作用,以及对材料电化学性能的影响。结果表明,添加络合剂制备出的铁基普鲁士蓝材料为单斜相,颗粒呈立方体状,结晶性和分散性良好,尺寸约400 nm。未添加络合剂的材料表现为立方相,颗粒为圆形,尺寸约150 nm,颗粒相互粘连出现明显团聚。单斜相样品具有钠含量高、水含量少的特征。用作钠离子电池正极材料,单斜相电极材料表现出更高的可逆比容量及更优异的循环性能和倍率性能。在30 mA/g的电流密度下,电极首次放电比容量为129.9 mA·h/g,库仑效率高达99.5%,循环100次后,容量保持率为75.7%。800 mA/g电流密度下的可逆比容量可达到45.3 mA·h/g。循环伏安测试和交流阻抗测试结果显示,单斜相电极材料相比于立方相电极材料具有更快的电化学反应动力学过程。文章还讨论了柠檬酸三钠络合剂在普鲁士蓝颗粒成核和生长过程中的作用机理。 展开更多

关键词 钠离子电池 正极材料 铁基普鲁士蓝 络合剂

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石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态锂金属电池的界面问题研究进展 被引量：5

13

作者 张赛赛 赵海雷 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期863-871,共9页

固态锂金属电池具有高能量密度、高安全性、宽工作温度范围、长服役寿命等优势,是下一代锂电池体系的重要发展方向之一。作为典型的氧化物固态电解质,Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有锂离子电导率高、电化学窗口较宽、机械强度高和... 固态锂金属电池具有高能量密度、高安全性、宽工作温度范围、长服役寿命等优势,是下一代锂电池体系的重要发展方向之一。作为典型的氧化物固态电解质,Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有锂离子电导率高、电化学窗口较宽、机械强度高和热稳定性好等优点,因此LLZO固态锂金属电池受到业界的广泛关注。但是,LLZO固态锂金属电池还存在锂枝晶穿透固态电解质生长造成电池短路、电解质/电极界面电阻过高等问题,影响其实际应用。这些问题与LLZO的显微结构特征、正极材料与LLZO的化学和电化学相容性、正极与电解质的界面结合性、金属锂负极对LLZO的浸润性等因素有关。本文总结了以上问题的解决策略。对于正极侧,通过活性颗粒表面包覆、三维固态电解质界面构筑、柔性聚合物或凝胶电解质中间层引入、正极活性颗粒与柔性或黏性离子传导材料复合等手段,可改善正极与LLZO的相容性,并降低正极界面电阻。对于负极界面,消除LLZO电解质表面碳酸锂、引入反应活性或柔性中间层、调控金属锂负极组成等方法,可改善锂对LLZO的浸润性,降低负极界面电阻。最后,本文对未来研究和发展方向给出了建议。 展开更多

关键词 Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12) 石榴石型固态电解质 固态电池 电化学窗口 界面

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