c8h6o4加热得到c8h4o3，c6h10o5+h2o

文| 莫归克

编辑| 莫归克

引言在材料技术领域，开发新型先进材料以满足未来能源需求是目前面临的一项艰巨挑战，而这一挑战的核心是开发能够满足未来储能技术要求的材料，这是一种必然。

与镍镉电池和镍氢电池等替代充电电池技术相比，锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长、自放电率低等优越性能。

尽管有这些优点，锂离子电池仍然面临限制其整体性能，特别是在安全问题方面。因此，需要继续研究性能可控的锂离子电池先进材料，HEOs的合成就是其中之一。

HEO的合成实验中，Pechini法合成Mg0.2Ni0.2Cu0.2Co0.2Zn0.2O（M-HEO）粉末的过程比较复杂，首先需要将阳离子前驱体与柠檬酸（C6H8O7）混合。 ）将水溶液装满500毫升烧杯，但金属与柠檬酸的质量比必须保持在1:3，因为这会在过程中形成螯合物。

将一种称为乙二醇(C2H6O2) 的多元醇引入烧杯中以促进聚合物的形成。请注意，乙二醇与柠檬酸的比例必须保持在3:2。此后，需要将溶液在电热板上加热至100至110的温度范围，同时使用搅拌棒用磁力搅拌器搅拌，在此过程中生成金属柠檬酸盐，溶液呈现黑色透明。当然，在热板上加热溶液的目的是除去混合物中存在的任何多余的水。

加热完成后，将溶液进一步热处理，同时转化所产生的原料粉末，即将溶液放入炉中加热至550，然后继续加热5小时。加热过程在2C 下进行。这也是为了去除有机化合物含量，使得初始粉末可以容易地形成。一旦完成，所得的起始粉末将被进一步纯化。即在研钵中将粉末均化，以保证材料的均匀性。然而，煅烧过程需要将粉末加热到1000的温度，然后以8/min的加热速率持续2小时的煅烧过程，只有这样才能得到纯化的M-HEO粉末。获得。然而，为了完成合成过程，获得的M-HEO粉末需要通过空气淬火快速冷却至室温。这种受控冷却过程对于确保粉末在从高温过渡到环境条件期间保持其结构和成分是必要的。诚实。

获得M-HEO粉末后，需要利用X射线衍射分析所制备粉末的晶体结构，但该技术需要在特定的实验条件下进行，且操作电压为45kV，电流应为45kV 。请确保它是40mA。使用Cu K辐射（=1.54178 ）作为X射线源，因此在15至90范围内分析衍射角（2），但为了精确测量数据，使用约1 g。然后对样品进行X 射线衍射分析，对在550 C 下退火的起始粉末和在1000 C 下锻烧的所得粉末进行X 射线衍射分析。这使我们能够研究退火和煅烧过程中发生的结构变化和晶相。过程。

为了详细研究在1000 C 下煅烧的粉末的微观结构，我们采用了扫描电子显微镜(SEM)，这是一种高分辨率成像技术，可以提供对材料表面形态和形态的有价值的见解。分析还可以观察材料的微观结构细节，包括晶界、晶粒形状和表面纹理等特征。

实验电极制备工作电极的过程包括将三种基本成分组合在一起：Mg0.2Ni0.2Cu0.2Co0.2Zn0.2O (M-HEO)、炭黑和PVDF 粘合剂，并根据具体条件组合这些成分。我做了。将这些比例混合，使得初始质量比为7:2:1。

请注意，在优化过程中，我们还使用了调整比率8:1:1，其中每个组件都发挥着重要作用。炭黑可以提高导电性，PVDF粘合剂有助于保持电极材料的内聚状态。在混合过程中，应特别注意成分的均匀分布。使用研钵和研杵将这些成分与M-HEO 和炭黑一起适当均质化和研磨，以将1-甲基-2-吡咯烷酮中的PVDF 粘合剂引入混合物中，并防止溶剂蒸发。在用封口膜密封的小瓶中搅拌。

在最初的测试中，混合时间约为4 小时，但优化后的浆料需要混合3 天才能达到一致且均匀的稠度。因此，混合过程的产物称为浆料，并用作工作材料。电极。使用铝箔或不锈钢箔作为集电体，通过使用刮刀方法擦拭载玻片，将该浆料涂敷到基板上。丙酮制备载玻片时，也可以将丙酮涂在载玻片上以促进集电箔的粘附。

当将浆料倒在铺有箔片的载玻片上时，通过在浆料表面上拖动适当厚度（120m）的刀片即可获得所需的均匀度，然后涂覆的金属就可以了。将箔片在热板上干燥后，将其切割并准备用于进一步测量。

在此过程中，M-HEO制备工艺的优化需要系统地调整各种因素，例如改变各组分的质量比，并且每次调整每次仅针对一种元素单独执行。通过系统地优化（1-甲基-2-吡咯烷酮）的量并改变研磨和搅拌时间，我们确保工作电极具有所需的特性和性能特征。本研究使用了两种不同类型的电解质溶剂。第一种，更传统的电解质溶剂是有机碳酸酯溶剂，特别是碳酸二甲酯（DMC），第二种是1-甲基-1-丙基吡咯烷，用[C3Pyr][TFSI]表示。它是一种离子液体，称为nium bis(三氟甲磺酰)亚胺。

在这两种情况下，常用的溶质是双(三氟甲基磺酰基)亚胺的锂盐，简称LiTFSI。这些电解质的制备需要将锂盐和相应的溶剂以给定的比例混合，而对于传统电解质，混合物含有溶解在DMC中的1M浓度的LiTFSI。类似地，对于基于离子液体的电解质，可以将相同浓度的锂盐溶解在离子液体[C3Pyr][TFSI]中。

请注意，这些溶液经过精心制备，储存在小玻璃容器中，并用于执行一系列电化学测量，作为优化过程的一部分。

实验测量方法电化学研究是使用Autolab电化学工作站（特别是Multi Autolab/PG12型号）进行的，并且所有测量均在室温下进行。第一步是进行循环伏安法(CV)。在该技术中，将电解质溶液与三个不同的电极一起引入电化学电池中。电化学电池配置由三电极装置组成，包括工作电极和参比电极。电极和对电极。

此时，使用专用的玻璃瓶形电池进行M-HEO CV测试和水分含量测量，并通过在铝集流体上形成M-HEO膜来制造工作电极。这意味着必须将铂对电极和Ag/AgCl 参比电极放置在玻璃池内。

电池组装完成后，您需要将电极连接到恒电位仪并定义实验参数。你需要知道的是，这是由Nova 2.1 软件完成的。该软件是专门为电化学实验的控制和管理而设计的，这些参数的控制包括进行电化学测量的条件，以确保获得的结果的一致性和再现性是必需的。可能通过实施循环伏安法并利用Autolab 电化学工作站和Nova 2.1 软件提供的精确实验控制。

组装纽扣电池后，必须使用Autolab 电化学工作站（特别是Multi Autolab/PG12 型号）进行计时放电/充电恒流测试。此过程中的所有测试均在室温下进行。确保测试包括在0 V 至3.0 V 电压范围内执行的一系列充电和放电恒流循环。

测试期间，充电和放电测量均使用120 mA/g的恒定电流密度进行，而电流密度是根据施加的电流和计算出的活性材料的质量来确定的，包括计算电流密度。与未涂覆的集电器的质量之差乘以活性材料的百分比。请注意，该恒电流测试的一个关键参数是库仑效率（CE）的计算。库仑效率(CE) 是一种效率测量值，可告诉您电池在充电和放电周期期间存储和释放能量的效率。

电流密度根据施加的电流计算。活性材料的质量计算如下：（阳极质量-未涂覆集流体的质量）*活性材料的比率=活性材料的质量库仑效率（CE）计算为：Masu。也可按下式计算：模式：

这样可以将工作单元的理论容量与实际比容量进行比较，并且可以使用福尔定律计算电池的理论容量。

在该方程中，n是载流子的数量，F是法拉第常数，Mw是电极中使用的活性材料的分子量。实际/实验比容量可计算如下：

其中I 是施加的电流，截止点是电池完全充电和放电的时间（以小时为单位），m 是活性材料的质量。

实验结果下图显示了在550 C 下退火的起始粉末颗粒的结构特性。这些图案揭示了颗粒内存在几种不同的晶体结构，特别是岩盐、尖晶石、纤锌矿和持久的岩石结构。这些结构对应于材料内原子的特定排列。

然而，与起始粉末颗粒相比，所获得的粉末颗粒表现出非常明显的变化。

经过1000煅烧2h和随后的空气淬火后，合成的粉末获得了不同的结构状态，X射线衍射分析证实所获得的粉末颗粒呈现出以岩盐结构为特征的单相。这种从多层结构到单相岩盐结构的变化是煅烧过程的重要结果，晶体结构的变化可以影响材料的性能，如电子、离子和导热性，这是有性别的。稳定性和电化学行为。

该实验装置采用纯铂金属作为计数池，Ag/AgCl作为参比电极，使得准确测量电化学响应成为可能。下图显示了使用常规电解液获得的循环伏安曲线。

该图提供了Mg0.2Ni0.2Cu0.2Co0.2Zn0.2O电极在特定实验条件下的电化学行为的详细分析，循环伏安图显示了材料在特定电压窗口内的氧化情况，提供了有关还原反应的信息。扫描速度、电容行为和其他电化学特性。分析这些曲线可以更深入地了解电极材料如何与选定的电解质和特定环境条件相互作用，并且这些信息可用于储能设备等实际应用。对于了解电极材料的潜在性能非常重要

摘要根据该实验数据，我们采用改进的Pecini合成方法成功合成了具有岩盐结构的高熵氧化物Mg0.2Ni0.2Cu0.2Co0.2Zn0.2O（M-HEO），并将该材料用作阳极。尽管以全电池配置组装并实现了约86% 的平均库仑效率，但由于缺乏对发生的确切氧化还原反应的了解，很难准确预测理论容量。

我们未来研究的一个重要途径将是阐明M-HEO 氧化还原过程中发生的特定反应。这种理解对于揭示潜在的电化学机制和优化材料性能至关重要。不管你怎么看，这项研究的结果都表明M-HEO有望成为锂离子电池的负极材料。

然而，前进的道路包括阐明复杂的氧化还原反应、探索不同的电解质系统以及不断改进储能技术的应用。

参考文献：[1]《具有优越的锂存储性能》。 [2] 《高熵氧化物陶瓷的合成及物理性能》。 [3] 《什么是x射线衍射分析（XRD）》。 [4] 《获得。循环伏安法的基本原理、理论和设置》。 [5] 《可充电锂基电池用电解质的研究进展》。