摘要:本研究论文探讨了用于高性能锂离子电池的多孔活性炭阳极的复杂领域,以满足对先进储能系统日益增长的需求。研究首先深入研究各种合成方法,包括物理和化学活化以及混合方法,旨在优化孔隙率和表面化学。对结构特征的详细研究包括表面积、孔分布、形态和表面化学。先进的显微镜技术和表征工具提供了对结构特征和电化学性能之间复杂相互作用的洞察。走出实验室,本文探讨了多孔活性炭阳极的潜在应用。在电动汽车中,这些阳极有望提高能量和功率密度,这是广泛采用电动交通的关键因素。对于便携式电子设备,重量轻和安全性提高使其成为有吸引力的选择。此外,该研究评估了将多孔活性炭阳极集成到电网规模储能中的可行性,有助于提高可再生能源整合的稳定性和可靠性。解决了环境问题,评估了多孔活性炭阳极的可持续性和可回收性。本文最后总结了主要发现,强调了多孔活性炭在推进锂离子电池技术方面的重要性,并提出了未来的研究方向以克服当前的挑战。大量的参考文献强调了该研究的跨学科性质,结合了多种来源,提供了该领域的全面概述。关键词:电池技术、形态、显微镜、多孔、活性、可再生。1.简介:随着世界向可持续能源解决方案转型,锂离子电池 (LIB) 在为电动汽车、可再生能源存储和便携式电子设备提供动力方面发挥着关键作用。传统阳极材料(例如石墨)在容量、循环稳定性和倍率能力方面受到限制。多孔活性炭源自多种前体,由于其高表面积、可调节的孔隙率和出色的导电性,为解决这些挑战提供了一种创新的解决方案。这些本研究的第一部分深入研究了花生壳活性炭的制备和开发,强调了多级多孔结构的创建。同时,该研究提出了一种从食物垃圾碎屑生物质中生产食物垃圾活性炭(FAC)的可扩展方法,重点介绍了其物理化学特性和多级多孔形态。
本卷记录了 1998 年 4 月 13 日至 15 日在旧金山举行的 MRS 春季会议上举行的“结构应用的多孔和蜂窝材料”研讨会。一个多元化的国际专家小组聚集在一起,介绍和讨论多孔和蜂窝材料领域的最新发展,包括聚合物、陶瓷和金属基材料。研讨会的总体重点是正在开发的多孔材料,至少部分是用于结构应用。讨论了多孔和蜂窝材料的机械行为的理论方面,以及各种固体泡沫材料的具体机械性能。介绍了在结构中使用固体泡沫的设计原理,并展示了多孔和蜂窝材料的许多有希望的应用。介绍了有关固体泡沫制造和含有固体泡沫的零件生产的论文。研讨会的很大一部分内容是讨论不能归类为泡沫的新型多孔材料,例如空心球、热等静压和膨胀 (H1CE) 材料和 QASAR 材料。关于这些新材料的论文涵盖了它们的制造、特性和潜在用途。研讨会表明,多孔和蜂窝状材料的开发和理解在过去十年中取得了重大进展,特别是在多孔金属材料领域。
图 1. 沸石生成扩散过程的图形模型。a,本文开发的扩散模型的沸石结构输入表示。b,沸石生成扩散模型的噪声和去噪过程的图形说明。c,沸石网格的渐进采样过程
人类文明的进步取决于各种材料的发展。现代科学的建立导致了合成材料的快速发展。但是,迫切需要增加能源需求和环境污染,需要寻找新材料来解决能源和环境危机。碳本质上是极富丰富的元素,为地球上所有生命提供了基础(Li等,2008; Toth等,2016)。碳原子在核外有六个电子,其最外面的电子排列为2 s 2 2 p 2,显示出强大的形成共价键的能力(Krueger,2010)。多孔碳材料具有优势,例如化学稳定性,低密度,高导热率,高电导率和高机械强度(Gallo,2017)。多孔碳材料还具有较大的特定表面积,可调节的孔径和功能组,并且可以以相对较低的成本从多种前体制备。近年来,许多研究人员致力于多孔碳的合成和应用(Ang,2019; Liu,2019; Liu,2020a; Hwang,2020; Raj,2021)。取决于孔径分布,碳材料的孔结构可以分为三类,即微孔(孔径<2 nm),中孔(2 nm <孔径<50 nm)和大孔(孔径> 50 nm)(VU,2012年)。多孔碳材料的孔结构的大小对它们在实际应用中的性能产生了重大影响。重要的是,进一步讨论了碳材料的未来方向。由于这些优势,碳材料被广泛用于吸附范围(HE,2019年),催化(Dong等,2020)和储能(Peng,2019年)。本文主要引入碳材料的合成和应用,并描述了当前碳材料的主要改进思想(图1)。
微凝胶的多孔结构显着影响其特性,因此,它们适合各种应用,尤其是作为组织sca of的构件。孔隙度是微凝胶 - 细胞相互作用的关键特征之一,显着增加了细胞的积累和增殖。因此,以无效的方式调整微凝胶的孔隙率很重要,但仍然具有挑战性,尤其是对于非球形微凝胶而言。这项工作提出了一种直接的程序,以使用在微凝胶聚合过程中使用所谓的共抗效应来制造复合形的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝胶。因此,在停止流动过程中,反应溶液中的经典溶剂从水到水 - 乙醇混合物交换。对于制造过程中甲醇含量较高的圆柱形微凝胶,观察到更大程度的崩溃,其长宽比增加。此外,随着甲醇含量的变化而崩溃和肿胀的速度变化,表明经过修改的多孔结构,由电子显微镜显微镜确认。此外,在冷却过程中会发生微凝胶变体的肿胀模式,从而揭示其热反应是高度异质过程。这些结果表明了一种新的程序,可以通过在定位光刻聚合过程中引入共溶性效应来制造任何细长的2D形状的PNIPAM微凝胶,并具有量身定制的多孔结构和热回应性。
氢作为''更有效的能量存储区域的真正范式转移,尤其是对于工业规模上的可再生能源''而IPCC的1.5 1 C报告7指出,氢必须作为限制全球变暖的燃料替代起着重要的作用,并导致能源密集型工业的排放减少。大规模的氢存储可以帮助减轻可再生能源产生,间歇性以及季节性和地理约束的主要缺点。可再生能源在很大程度上取决于季节性波动的大气事件(例如阳光水平和强度,风力8,9),当每年变化但稳定的能源需求结合使用时,会导致可再生能源过量或缺陷。因此,没有能源存储的可再生能源无法满足整个系统的能源需求。10,11
储能装置用石墨烯由于制备方法和质量缺陷,阻碍了其进一步广泛应用。本文,我们报道了一种简便且经济有效的方法,从生物相容性壳聚糖中提取三维多孔石墨烯(3DPG)并进行大规模生产。利用3DPG的大表面积、优异的电导率和高电化学活性,通过在商用DLC301有机电解质中耦合两个3DPG电极,实现了先进的对称超级电容器(3DPG//3DPG SCs)。该装置在10 mV s-1的扫描速率下可提供168.9 F g-1的显著电容,并显示出优异的倍率能力,在10到100 mV s-1的范围内电容保持率为81.5%。此外,3DPG//3DPG SCs表现出突出的循环耐久性,10,000次循环后电容仍为96%。这项工作可能为石墨烯在工业层面的高效储能应用提供启示。
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作者的完整清单:麦卡锡,艾莉森; SUNY Stony Brook,Karthik材料科学和化学工程Mayilvahanan; Mikaela哥伦比亚大学Dunkin;斯托尼·布鲁克大学国王,史蒂文;加尔文的斯托尼·布鲁克大学quilty;丽莎化学库尔赫尔·布鲁克大学(Stony Brook University);斯托尼·布鲁克大学Kuang,杰森;肯尼斯的Stony Brook University Takeuchi;斯托尼·布鲁克大学(Stony Brook University),化学Takeuchi,以斯帖(Esther);艾伦(Alan)西部布鲁克大学(Stony Brook University); Lei哥伦比亚大学王;布鲁克黑文国家实验室,能源和光子科学Marschilok,艾米;石溪大学
在这里,我们回顾了修复关节软骨的组织工程的最先进。首先,我们描述了内源软骨的分子,细胞和组织学结构和功能,重点是软骨细胞,胶原蛋白,细胞外基质和蛋白聚糖。然后,我们在支架上探索体外细胞培养,讨论维持或获得软骨细胞表型所涉及的困难。接下来,我们讨论用于这些脚手架的各种化合物和设计,包括天然和合成生物材料以及多孔,纤维和多层体系结构。然后,我们报告了不同细胞支架的机械性能,以及在小动物中体内植入后这些脚手架的成功,在结构和功能上类似于天然组织的组织中。最后,我们重点介绍了该领域的未来趋势。我们得出的结论是,尽管过去15年中取得了重大的技术进步,并不断改善动物软骨修复实验的结果,但临床上有用的关节软骨再生的临床有用植入物的发展仍然是一个挑战。