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基于过渡金属基化合物的高能量密度超级电容器研发
超级电容器是一种新型绿色储能器件,拥有比功率大、充放电效率高, 寿命长等优点,在低碳经济时代展现出巨大应用前景,已经被广泛应用于电 子产品、电动汽车、混合电动汽车、无线通讯设施、信号监控、太阳能及风 力发电等领域。开发具有高能量、高循环性和低成本的超级电容器是该领域 未来重要研究之一。电极材料作为超级电容器的核心组成部分,对其储能 性能有着至关重要的影响,而具有高理论容量、低价格的过渡金属基化合物 (Fe、Co、Ni)是实现高容量、低成本超级电容器首选的电极材料。以过渡金 属基化合物为主要研究对象,对其组分及结构进行了调控,通过储能性能测 试及储能机理分析,为开发高性能、低成本的活性电极材料提供实验依据。 这一研究的开展,给组装超高能量密度的超级电容器并使其从实验室走向我们 的日常生活带来了新的前景。 1.先进性及产业化前景:提高性能、降低成本一直以来都是超级电容器发展的 主旋律,其中能量密度低是超级电容器发展面临的主要问题,因此开发出具 有高能量、成本低的超级电容器迫在眉睫。就提高性能而言,超级电容器的 电极改进是重点,主要途径是通过提高电压窗口和提高电极材料的比电容。 目前针对超级电容器电极材料的研究主要集中在:(1)改进现有的电极材料; (2)开发新型电极材料;(3)改进生产工艺,实现低成本化。目前在全球范 围内达到工业化生产水平的超级电容器基本都是以双电层为储能机制的活性 碳基超级电容器,而以贋电容为储能机制的超级电容器尚处于实验室开发阶 段,因此超级电容器还有很大的发展空间。 2.对所在行业和关联产业发展和转型升级的影响:根据超级电容器的容量大小 和功率密度,可以将其用作后备电源、替换电源和主电源。当主电源发生故障 而不能正常使用时,超级电容器便起到后备补充作用,它具有寿命长、充放电快 和环境适应性强等优点。当用作替换电源时,主要应用于对环境变化有特殊要 求的场合,例如白天太阳能提供电源并对超级电容器充电,晩上则由超级电 容器提供电源。作为主电源时,主要利用超级电容的大功率密度,一般是一个或几个超级电容器通过一定的方式连接起来持续释放几毫秒至几秒的大电 流,放电之后,再由低功率的电源对其充电。 3.市场分析:根据IDTechEX数据统计,2014年超级电容器全球市场规模为11 亿美元,预计到2018年,超级电容器全球市场规模将达到32亿美元,年复合 增长率为31%,并预测将会以此速度预计到2018年,超级电容器全球市场规模 将达到32亿美元,年复合增长率为31%,并预测将会以此速度继续增长。我国 将“超级电容器关键材料的研究和制备技术"列入到《国家中长期科学和技 术发展纲要(2006-2020年)》,作为能源领域中的前沿技术之一。有数据显示, 2015年国内超电市场规模已经超过了 70亿元,因此,在这样的一个大背景下, 研究新材料以开发具有超高能量密度的超级电容器具有非常大的市场前景。
重庆大学 2021-04-11
借助原位环境电镜揭示金属催化剂真实活性表面的研究成果
南方科技大学材料科学与工程系副教授谷猛团队联合中科院大连化学物理研究所、上海高等研究院等,巧妙借助原位环境电镜,在真实反应条件下直接观测到NiAu双金属催化剂在二氧化碳加氢反应中的动态过程,揭示了该催化剂在反应中的真实活性表面,为认识催化过程提供了新的思路。该研究发表在《自然-催化》(Nature Catalysis )上。材料系科研助理韩韶波为文章共同第一作者,谷猛为文章共同通讯作者。 实验表明,在反应气氛和温度下,内核Ni原子会逐渐迁移至表面,与Au合金化;在降温停止反应时,表面Ni迁移回核心部分,重新形成Ni@Au壳型结构。原位红外和原位X射线吸收谱的结果也从宏观角度证实了上述观测结果。团队结合理论计算,提出了新的催化机理。该研究揭示了催化剂真实活性表面,展示了原位电镜在研究构效关系中的重要性,并且为研究金属催化提供启示。
南方科技大学 2021-04-11
中国石油大学(华东)高温超高压多尺度可视化开采模拟系统采购项目公开招标公告
中国石油大学(华东)高温超高压多尺度可视化开采模拟系统采购项目招标项目的潜在投标人应在liuxiaojiao@sdhyha.com获取招标文件,并于2022年06月21日14点30分(北京时间)前递交投标文件。
中国石油大学(华东) 2022-05-31
西北工业大学超高温氧化气氛材料力学性能测试系统加载装置项目公开招标公告
西北工业大学超高温氧化气氛材料力学性能测试系统加载装置项目招标公告招标项目的潜在投标人应在详见附件正文获取招标文件,并于2022年06月16日08点30分(北京时间)前递交投标文件。
西北工业大学 2022-05-27
La2O3-Al2O3热障涂层中稀土氧化物的作用及高温相稳定机理研究
本成果研究了不同制备工艺对制备出的喷涂粉末形貌与性能的影响,通过测试不同的La2O3的添加方式以及添加量的涂层的性能,探讨了稀土氧化物La2O3对Al2O3等离子涂层性能的影响,及La2O3在等离子涂层中的作用,同时对喷涂粉末与涂层的相态及高低温条件下的相稳定性进行了研究,找出了在高温下长时间保持相稳定性的涂层。得出的主要结论有: (1). 使用纳米粉体颗粒团聚的方法可以制备符合出符合等离子喷涂要求的粉末,同时其制备出的涂层性能优于传统微米级粉末涂层。 (2). 添加部分La2O3可以抑制Al2O3涂层中晶粒长大,且Al2O3- La2O3涂层更致密,与Al2O3涂层相比,Al2O3- La2O3涂层在抗击热冲击、抵抗热氧化、涂层结合强度方面均有部分提高,但涂层隔热性能与Al2O3涂层相当。 (3). Al2O3涂层中添加部分La2O3与MgO可以制备稳定相的LMA,制备的LMA涂层呈现板片状结构特点,有利于降低涂层内部残余应力,因而可提升涂层性能,其在结合强度、抗击热冲击、抗氧化及隔热性能发面均优于Al2O3- La2O3涂层与Al2O3涂层。 (4). 在1400℃下保温100h,Al2O3涂层与Al2O3- La2O3涂层均会发生γ→α晶形转变,影响涂层的性能,而LMA涂层可保持相稳定性。LMA等离子涂层因其优异的性能可做为传统Al2O3涂层和Y-PSZ涂层的替代者。
北京科技大学 2021-04-11
表面具有纳米颗粒析出相的高温超导涂层导体Eu0.6Sr0.4BiO3缓冲层及其制备方法
本新技术成果提供了一种表面具有纳米颗粒析出相的高温超导涂层导体Eu0.6Sr0.4BiO3缓冲层及其制备方法。采用以硝酸盐作为前驱物的化学溶液沉积法在空气中进行制备。目标物新的高温超导涂层导体缓冲层材料其名义组分为Eu0.6Sr0.4BiO3,其表面具有均匀弥撒分布的纳米析出相SrO2, 析出相尺寸在100nm左右,可作为缓冲层表面结构诱导的钉扎中心,即同时开发出了一种新的缓冲层表面结构诱导钉扎中心的方法,并且为其上超导层提供钉扎中心的性能得到了验证。
西南交通大学 2016-06-27
小转角双层石墨烯体系的结构和新奇量子物态研究进展
层间转角在层状堆垛的二维材料体系中提供了一个全新的自由度来调控其结构与性质。近几年,相关方面的研究引起了广泛的关注。早在2012年,何林课题组就开始关注转角对双层石墨烯结构和电学性质的影响,测量了不同转角双层石墨烯的两个范霍夫峰的峰间距能量与转角大小的关系[1],并预言该体系中的准粒子具有可调控的手征性[2],研究了应变结构在该体系产生的赝磁场和赝朗道能级[3]。2015年,何林团队发现双层转角石墨烯体系费米速度随角度减小而迅速下降,证明在转角为1.1度(第一魔转角)附近时费米速度降为零[4],并于2017年,在转角接近魔转角的双层石墨烯体系观察到强电子-电子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo课题组在魔角双层石墨烯观察到电子-电子相互作用导致的关联绝缘体态和超导态,魔角双层石墨烯物性研究迅速成为过去两年凝聚态物理研究的最大热点。 近期,何林课题组发展了一套方法,能够可控地制备利于扫描隧道显微镜系统(STM)研究的双层转角石墨烯,并利用STM研究了小角度双层石墨烯的性质,深入探索该体系由于电子-电子相互作用导致的平带简并度解除和新奇强关联量子物态的关联。例如,何林课题组与合作者发现当小转角体系的平带被部分填充时,电子-电子相互作用会解除平带的谷赝自旋简并度,在体系中产生很大的轨道磁矩(每个莫尔约10μ_B),由于轨道磁矩和磁场的耦合,谷极化态的劈裂能量会随着外加磁场线性增大[6]。同样的结果也在应变引起的平带中观察到了,当双层石墨烯的转角接近魔角时,体系中微小的应变结构可以使两个范霍夫峰之间出现一个新的零能量平带(赝朗道能级),何林课题组与合作者发现电子-电子相互作用会解除赝朗道能级的谷赝自旋简并度,产生轨道磁性态[7]。这些结果表明小转角石墨烯体系是研究二维轨道磁性态和量子反常霍尔效应的理想平台。在角度大于魔角的小转角双层石墨烯中,何林课题组与合作者证明电子-电子相互作用依然会起重要作用,并有可能产生完全不同于魔角双层石墨烯的新奇强关联量子物态。例如在1.49度的样品中,他们证明电子-电子相互作用解除了体系平带中的自旋和谷赝自旋的简并度,产生了一种全新的自旋和谷极化的金属态[8],这一结果进一步拓宽了转角体系新奇强关联量子物态的研究范围。 除了电学性质受层间转角的调制,在双层转角石墨烯体系,由于层间堆垛能与层内晶格畸变引起的应变能的竞争,其原子结构也会随着角度发生改变。最近,何林课题组系统研究了双层转角石墨烯结构随着角度的演化,发现当转角大于魔角时,体系可以看作两个独立的刚性石墨烯层发生扭转,层内晶格畸变几乎可以忽略(定义为非重构结构);当转角小于魔角时,由于莫尔条纹周期较大,层间堆垛能占主导,从而引起晶格畸变产生堆垛的畴界(domain wall)网格(定义为重构结构)。这种畴界的两边都是Bernal堆垛的双层石墨烯(分别为AB堆垛和BA堆垛),能传输谷极化的电流(图一)。我们利用STM证明非重构和重构的两种结构在魔角附近都能稳定存在。进一步,我们发现利用STM针尖脉冲可对魔角双层石墨烯的非重构和重构结构进行切换,从而开关其二维导电拓扑网格。同时,我们发现在强关联效应中起到重要作用的魔角双层石墨烯平带的带宽也能在这一过程中被调控[9]。相关成果近日刊发在物理学期刊《Physical Review Letters》上。何林教授课题组博士生刘亦文为第一作者,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的苏赢博士为文章的共同第一作者,何林教授为通讯作者。
北京师范大学 2021-02-01
中国科大研制一种可替代塑料的仿生可持续结构材料
塑料制品给现代生活带来极大便利的同时,也正造成严重的环境问题。大多数塑料来自于石油产品,由于其极端的稳定性,废弃后在环境中长时间也难以降解,最终造成持续性的环境污染问题。研发一系列可持续的高性能结构材料,以部分替代石油基塑料,是该问题最有希望的解决方案之一。现有的生物基可持续结构材料都受到机械性能较差或制造过程的过于繁琐的限制,这些因素从成本和生产规模上制约了这类材料的应用。因此,引入先进的仿生结构设计来制造新型的可持续高性能结构材料将可以极大地提高这类材料的性能,拓宽其应用范围,加速可持续材料替代不可降解塑料的进程。近日,中国科学技术大学俞书宏院士团队将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制,发展了一种被称为“定向变形组装”的新型材料制造方法,实现了具有仿生结构的高性能可持续材料的规模化制备。通过这种定向变形组装方法,团队成功地将纤维素纳米纤维(CNF)和二氧化钛包覆的云母片(TiO2-Mica)复合制备了具有仿生结构的高性能可持续结构材料。所获得的结构材料具有比石油基塑料更好的机械和热性能,有望成为石油基塑料的替代品。该工艺过程宜于放大,产品具有良好的可加工性和丰富多变的色彩和光泽,使其可以作为一种更加美观和耐用的结构材料有望替代塑料。 该材料具有仿珍珠母的结构设计,这种仿生设计有效地改善了材料的力学性能。珍珠母所具有的砖-泥结构,使其可以基于普通的天然物质构筑高性能的材料,并兼具高强度和高韧性的优良特性。研究人员通过多尺度的仿生结构设计和表面化学调控,成功构筑了这种兼具高强韧特点的天然生物基可持续结构材料。二氧化钛包覆的云母片作为仿生结构中的砖块,一方面为结构材料提供了远高于工程塑料的强度,另一方面,还通过裂纹偏转等仿生结构原理,大幅提高了材料的韧性和抗裂纹扩展性能,为该材料作为一种新兴的可持续材料替代现有的不可降解塑料打下了坚实的基础。
中国科学技术大学 2021-02-01
中国科大研制一种可替代塑料的仿生可持续结构材料
项目成果/简介:塑料制品给现代生活带来极大便利的同时,也正造成严重的环境问题。大多数塑料来自于石油产品,由于其极端的稳定性,废弃后在环境中长时间也难以降解,最终造成持续性的环境污染问题。研发一系列可持续的高性能结构材料,以部分替代石油基塑料,是该问题最有希望的解决方案之一。现有的生物基可持续结构材料都受到机械性能较差或制造过程的过于繁琐的限制,这些因素从成本和生产规模上制约了这类材料的应用。因此,引入先进的仿生结构设计来制造新型的可持续高性能结构材料将可以极大地提高这类材料的性能,拓宽其应用范围,加速可持续材料替代不可降解塑料的进程。近日,中国科学技术大学俞书宏院士团队将仿生结构设计理念运用于高性能生物基结构材料的研制,发展了一种被称为“定向变形组装”的新型材料制造方法,实现了具有仿生结构的高性能可持续材料的规模化制备。通过这种定向变形组装方法,团队成功地将纤维素纳米纤维(CNF)和二氧化钛包覆的云母片(TiO2-Mica)复合制备了具有仿生结构的高性能可持续结构材料。所获得的结构材料具有比石油基塑料更好的机械和热性能,有望成为石油基塑料的替代品。该工艺过程宜于放大,产品具有良好的可加工性和丰富多变的色彩和光泽,使其可以作为一种更加美观和耐用的结构材料有望替代塑料。 该材料具有仿珍珠母的结构设计,这种仿生设计有效地改善了材料的力学性能。珍珠母所具有的砖-泥结构,使其可以基于普通的天然物质构筑高性能的材料,并兼具高强度和高韧性的优良特性。研究人员通过多尺度的仿生结构设计和表面化学调控,成功构筑了这种兼具高强韧特点的天然生物基可持续结构材料。二氧化钛包覆的云母片作为仿生结构中的砖块,一方面为结构材料提供了远高于工程塑料的强度,另一方面,还通过裂纹偏转等仿生结构原理,大幅提高了材料的韧性和抗裂纹扩展性能,为该材料作为一种新兴的可持续材料替代现有的不可降解塑料打下了坚实的基础。
中国科学技术大学 2021-04-11
装配式空腔剪力墙水平接缝齿槽式干式连接结构
本发明提出一种装配式空腔剪力墙水平接缝齿槽式干式连接结构,它适应了装配式空腔剪力墙易于工业化生产的特点,便于工业化生产和现场快捷安装;空腔剪力墙墙柱段主要受力纵筋全部采用套筒连接,空腔段分布钢筋竖向不连接,简化连接形式;上部空腔剪力墙空腔段下部采用预留凹槽或以空腔为连接凹槽,下部空腔剪力墙空腔段上部预留凸齿,与凹槽咬合,提高空腔剪力墙水平接缝的抗剪能力;空腔剪力墙楼层高度处预制牛腿板,预制楼板连接端预制为L型,便于现场直接螺栓连接,减少现场施工量。本发明摆脱了施工现场湿作业,便于工业化生产和绿色安装施工,可广泛应用于预制装配式混凝土剪力墙结构。
东南大学 2021-04-11
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