我们首次使用微型降低方法来证明高渗透稀土(RE)铝钙晶(Realo 3)的晶体生长,以告知未来对功能晶体的探索。为了确定组成如何影响相形成,我们从下面的列表中制定了包含五个RES的等值组成分:LU,YB,TM,ER,Y,HO,HO,HO,DY,TB,TB,GD,GD,GD,EU,SM,SM,ND,ND,PR,PR,CE,LA。要测试RES与相似的离子半径的组合是否可能有利于单相的组合物,含有连续或非连续离子半径值的RES的组成。粉末和单晶X射线衍射表明,仅包含具有相似离子半径的晶体,形成正骨单次真实3是单相。含有不同离子半径的RES或RES的混合物的晶体,即形成正骨,菱形和四方单人REARO 3的晶体是相的混合物。 通过电子探针微分析分析的单相晶体中的元素分布证实没有优先掺入任何组成部分的证据。 通过扫描电子显微镜和能量色散光谱法分析了次级相的分布和组成;次级相被视为晶体中心的一个小区域,其分支特征更靠近外表面。晶体,即形成正骨,菱形和四方单人REARO 3的晶体是相的混合物。通过电子探针微分析分析的单相晶体中的元素分布证实没有优先掺入任何组成部分的证据。通过扫描电子显微镜和能量色散光谱法分析了次级相的分布和组成;次级相被视为晶体中心的一个小区域,其分支特征更靠近外表面。
作为能源转换和存储设备,对可充电电池的需求正在增长。1–5如今,可充电金属离子电池在全球经济的可持续发展中起着重要作用。 在普通的金属离子电池中,锂离子电池是能源存储的主导媒介,可能会促进间歇性能源的可持续存储。 但是,电动汽车的蓬勃发展和大规模的锂离子电池应用使人们担心李为储备。 在很重要的情况下,na很丰富且便宜。 最近,研究人员广泛考虑了Na-ion电池的出现。 开发具有较长循环寿命的NA电池,并且没有记忆效应具有重要的战略意义。 NA电池的电极投影和电池组装过程与LI电池没有明显的差异。 尽管能量密度低于LI电池,但NA电池对于大规模储能应用而言更为优势。 但是,较大的离子半径是NA电池的基本问题。 LI +和Na +之间离子半径的差异导致NA电池的性能低于LI电池。 我们需要找到适合NA电池的新电极材料。 最近的研究已经提出了一种预测分层Na +氧化物构型的简单方法,该方法的效果已通过验证了其效果。1–5如今,可充电金属离子电池在全球经济的可持续发展中起着重要作用。在普通的金属离子电池中,锂离子电池是能源存储的主导媒介,可能会促进间歇性能源的可持续存储。但是,电动汽车的蓬勃发展和大规模的锂离子电池应用使人们担心李为储备。在很重要的情况下,na很丰富且便宜。最近,研究人员广泛考虑了Na-ion电池的出现。开发具有较长循环寿命的NA电池,并且没有记忆效应具有重要的战略意义。NA电池的电极投影和电池组装过程与LI电池没有明显的差异。尽管能量密度低于LI电池,但NA电池对于大规模储能应用而言更为优势。但是,较大的离子半径是NA电池的基本问题。LI +和Na +之间离子半径的差异导致NA电池的性能低于LI电池。我们需要找到适合NA电池的新电极材料。最近的研究已经提出了一种预测分层Na +氧化物构型的简单方法,该方法的效果已通过
锂离子电池 (LIB) 在离子导电介质(即电解质)中通过 Li + 在阴极和阳极之间穿梭来存储/释放能量。[3] 由于 Li 的摩尔质量低(6.9)且 Li + 的离子半径小(0.76 ˚A),LIB 在各种储能系统中的 Ragone 图中表现出最佳能量密度。[4-6] 尽管如此,其他储能系统,包括超级电容器[7]、锌离子电池[8,9]、固态电池[10]、碱性金属电池[11]、锂硫电池[12] 等,在实现 LIB 方面各有优势,可实现高倍率能力、长循环寿命、通过水系/固态电解质提高安全性,并可能通过金属阳极和硫正极提高能量密度。与LIBs类似,钠离子电池(SIBs)也是由安装在集流体上的阴极和阳极组成,中间由Na+导电电解质(有时还有绝缘隔膜)隔开。[13]SIB的电化学机理也是基于Na+在阴极和阳极之间的穿梭(图1a)。尽管与LIBs有许多相似之处,但是较大的离子半径(Na+:1.02˚A)和较高的Na摩尔质量(23)将导致SIBs的电化学动力学受阻和容量受损。此外,钠的较高标准氧化还原电位(Na/Na+−2.74V vs Li/Li+−3.04V)损害了实现的能量密度。 [2,14 – 16] 因此,Na 的理论重量/体积容量(1166 mAh g −1;1131 mAh cm −3)低于 Li(3861 mAh g −1;2062 mAh cm −3)。[2] 尽管如此,由于 SIBs 的丰度更高(Na 2.36 wt.% vs Li 0.0017 wt.%)且在地壳中分布均匀,原材料成本低得多,因此 SIBs 显示出作为 LIBs 可持续且具有成本效益的替代品的巨大潜力。 [6,17] 相反的是,由于锂和钴的储量有限且分布集中在政治敏感地区,预测供应风险已引起锂原材料(如 Li2CO3)成本波动,并显著提高了 LIB 制造成本。[13,18–23] 此外,Na+ 所需能量低于 Li+
有机电解质的毒性、可燃性和腐蚀性构成了巨大的威胁。2 在这方面,基于水系电解质的 EES 设备例如水系超级电容器、3 水系锌电池(锌离子电池、锌碱性电池和锌空气电池)和水系碱金属离子电池已经成为研究热点。4 – 7 这些水系系统具有高安全性、优异的倍率性能和易于组装的特点,使其成为未来便携式 EES 的理想选择。电极材料是所有 EES 设备中必不可少的组成部分;因此,人们一直致力于付出巨大的努力来定制其创新的结构和成分设计。在水性电解质中,阳离子通常表现为水合形式,例如[Na(H2O)6]+、[K(H2O)8]+、[Mg(H2O)6]2+和[Al(H2O)6]3+,与有机电解质相比,其水合离子半径较大。8,9 与此相符的是,探索具有扩大层间距以实现离子快速插入的先进材料是非常可取的,特别是对于
Linh 等人 35 发现用离子半径较大的碱金属(M = Li、Na 和 K)取代(Bi 0.5 M 0.5 )TiO 3 会增加其直接带隙。将 MCaF 3(M = K、Cs)中的 K 位取代为 Cs 位,可将带隙从间接变为直接,从而改善光学特性。36 Gillani 等人还报道将碱土金属(Mg、Ca、Ba)掺杂到 SrZrO 3 中可使带隙从间接变为直接。37,38 此外,利用静水压力将带隙从间接变为直接被证明是有益的,就像在许多立方钙钛矿中所看到的那样。 39 – 44 通过施加外部压力,卤化物立方钙钛矿 CsBX 3 (B ¼ Sn, Ge; X ¼ Cl, Br) 的带隙减小到零,从而导致半导体到金属的转变。45 – 49 在静水压力下,还对 Ca 基立方碱金属卤化物钙钛矿 KCaX 3 (X ¼ F, Cl) 50,51 和 ACaF 3 (A ¼ Rb, Cs) 进行了第一性原理研究。52,53
MXenes 作为储能材料具有独特的特性;然而,有限的层间距离和持续循环下的结构稳定性限制了它们的应用。在这里,我们开发了一种独特的方法,涉及将 Nb 原子掺入 MXene(Ti 3 C 2 )中,以增强其实现更高离子存储和更长时间稳定性的能力。使用密度泛函理论进行了计算分析,从原子细节上解释了材料结构、电子结构、能带结构和态密度。Nb 掺杂的 MXene 显示出 442.7 F/g 的良好电荷存储容量,这使其可应用于超级电容器。X 射线衍射(XRD)表明在 MXene 中 Nb 掺杂后 c 晶格参数增强(从 19.2A ◦ 到 23.4A ◦ ),这显示了引入具有较大离子半径的元素(Nb)的效果。此外,带隙从原始 MXene 的 0.9 eV 变为 Nb 掺杂 MXene 的 0.1 eV,这表明后者由于金属性质更强而具有导电性增加的特征,这与实验结果相符。这项工作不仅展示了 MXene 中的掺杂效应,还有助于解释物理参数变化所涉及的现象,推动了基于二维材料的储能领域的发展。
锌 - 碘流量电池(ZIFB)在过去几年中正在研究,因为它是作为未来电化学能源存储的潜在候选人的适用性。在骑自行车期间,影响ZIFB可靠性的最大挑战之一是通过膜的大量水迁移,因为驱虫剂和天主解中的摩尔浓度差异,这会使每个隔间中的渗透压失衡。考虑到质量平衡,我们建议通过将额外的溶质添加到下离子浓度的隔室中,以使电解质的总离子浓度均衡,以限制水交叉。通过评估循环后电解质和半细胞电荷电解质的实验验证,对该电解质浓度平衡策略进行了平衡策略,这证实了有效抑制从天主教徒到Anolyte的水迁移的有效抑制。此外,通过Nafion 117对离子和水传输机理进行深入分析,证实与溶剂化的Zn 2 +离子相比,离子半径的溶剂化的K +离子是主要的迁移载体。因此,添加额外的Ki溶质有益于抑制大型水合Zn 2 +离子的主要运输以及较高的水。最后,在与平衡摩尔浓度的电解质组装的细胞中提高的电导率,放电能力和电压效率提高的改进的ZIFB细胞行为结论是我们目前的研究结论,证明了将电解质浓度调整为抑制水作为一种有吸引力的方法的有效方法。
纳米过滤(NF)提供了一种可扩展且节能的方法,用于从盐湖中提取锂。然而,由于其水合离子半径的紧密相似性,锂与镁的选择性分离,尤其是在镁浓度高的盐水中,仍然是一个重大挑战。有限的LI + / mg 2 +当前NF膜的选择性主要归因于对孔径和表面电荷的控制不足。在这项研究中,我们报告了结合功能化的磺化carge胶以调节界面聚合过程的层间薄膜复合材料(ITFC)膜的发展。该集成的层间在控制胺基单体的扩散和空间分布中起着至关重要的作用,从而导致形成致密的纳米条纹聚酰胺网络。与常规的TFC膜相比,这些结构改进,包括精致的孔径和减少负电荷可显着提高LI + /Mg 2 +选择性(133.5)和渗透率增加2.5倍。此外,纳米条纹结构优化了膜过滤区域,同时最大程度地降低了离子传输抗性,从而有效克服了离子选择性和渗透性之间的传统权衡。这项研究强调了ITFC膜在达到高锂纯度和恢复的潜力,为大规模从盐水中提取大规模锂的途径有前途的途径。