一种提高二硼化铌电化学性能的表面钝化技术

allin2026-08-29  25


背景技术

0、
背景技术:

1、锂硫(li-s)电池是下一代储能系统的有力竞争者,其特点是硫资源丰富、环境可持续性强、比容量大。然而,使用li-s电池的储能系统的实际实施仍然面临挑战和限制,可溶性多硫化物(lipss)中间体导致“穿梭效应”,导致容量衰减。为了促进锂硫电池的进一步发展,需要高效的催化剂来加速lipss的转化和抑制其穿梭。金属硼化铌是一类金属间化合物,由于金属键作用而具有金属性质而具有无限的潜力。与其他过渡金属化合物(如硫化物、氮化物和磷化物)相比,间隙硼化铌所具有的晶体结构和化学键类型的多样性导致了其不同的物理和化学特性,包括高导电性和特殊的催化能力,因此,这些硼化物在超导、超硬材料的开发、磁热效应、电子、催化和耐腐蚀性等各个领域都有广泛的应用。例如,具有特殊物理化学性质的硼化铌(nbb2)可以增强lipss的氧化还原动力学,近年来的研究表明,nbb2在li-s电池中具有潜在的催化性能,其中nb和缺电子的b均可以通过b-s和nb-s键吸附lipss,极大地丰富了锚定和催化活性位点。但nbb2表面对s物种表现出超强吸附能力,尤其是nb端(>12ev),导致s牢固的吸附在其表面而无法脱附(死硫),造成nbb2中毒,电池性能衰减。但这一问题既未引起高度重视,也没有得到解决。


技术实现思路

0、
技术实现要素:

1、基于上述问题,本文提出了一种用来提高二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,该技术包含以下步骤:

2、(1)nb2o5、硼粉(b)、钝化层源、氯化钠和氯化钾混合均匀,进行充分研磨;

3、(2)将步骤(1)中获得的材料转移到管式炉中进行高温烧结处理1-48小时,用热的去离子水洗涤搅拌1-24小时除去剩余的盐,用水和乙醇洗涤3-7次,过滤,晾干过夜,得到原子层级钝化的nbb2纳米颗粒材料。

4、优选的,步骤(1)中,所用到的盐可以是氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铝中的一种或者多种。

5、优选的,步骤(1)中,nb2o5和硼粉(b)的质量比为1:1~1:4。

6、优选的,步骤(1)中,两种盐的质量比为1:1~1:3。

7、优选的,步骤(1)中,若得到碳原子层钝化的nbb2,所用到的钝化层源可以是尿素、三聚氰胺、葡萄糖、植酸中的一种或者多种。

8、优选的,步骤(1)中,若得到过渡金属原子钝化的nbb2,所用到的钝化层源可以是金属硝酸盐、金属氯化物、金属碳酸盐、金属乙酸盐中的一种或者多种。

9、优选的,步骤(1)中,若得到非金属原子钝化的nbb2,在权利要求(1)中无需加入钝化层源,而是在除盐结束后通入氧气或者加入硫酸、氢氟酸中一种或者多种。

10、综上所述,本发明公开了一种用来提高二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,可以有效锚定lipss,同时,通过调节不同的nb2o5和硼粉(b)的质量比以及两种不同盐的质量比,来优化nbb2表面的化学键结合能,可通过调节高温烧结的温度,优化纳米nbb2颗粒的表面形貌;通过调节加入钝化层源的种类,优化钝化效果,从而完善nbb2的表面钝化。



技术特征:

1.一种提升二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,其特征在于,由于表面原子层级钝化层的存在,适度的降低了nbb2对含硫物种的吸附能力,避免其中毒,从而使电池表现出高的性能。

2.本专利涉及一种技术实现nbb2表面原子层级钝化,避免其被毒化,作为电催化剂可以有效提高锂硫电池的性能。采用本技术制备表面钝化nbb2的步骤包括:

3.如权利要求2所述的用来提高二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,其特征在于,步骤1中,所用到的盐可以是氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铝中的两种。

4.如权利要求2所述的用来提高二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,其特征在于,步骤1中,nb2o5和硼粉(b)的质量比为1:(1-4)。

5.如权利要求2所述的用来提高二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,其特征在于,步骤1中,两种盐的质量比为1:(1-3)。

6.如权利要求1所述的用来提高二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,其特征在于,步骤2中,若得到c原子层钝化的nbb2,所用到的钝化层源可以是尿素、三聚氰胺、葡萄糖、植酸中的一种。

7.如权利要求1所述的用来提高二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,其特征在于,步骤2中,若得到过渡金属原子钝化的nbb2,所用到的钝化层源可以是金属硝酸盐、金属氯化物、金属碳酸盐、金属乙酸盐中的一种。

8.如权利要求1所述的用来提高二硼化铌电催化性能的原子层级表面钝化技术,其特征在于,步骤2中,若得到非金属原子钝化的nbb2,在权利要求(1)中无需加入钝化层源,而是在除盐结束后通入o2或者加入硫酸、氢氟酸中一种。


技术总结
二硼化铌(NbB<subgt;2</subgt;)具有独特的理化特征和电化学性质,其针对性设计与合理应用是缓解锂硫电池穿梭效应,提升反应动力学和可逆性的有效途径,近年来发展势头迅猛。但其高的表面吸附能导致其在电化学反应过程中被毒化。本发明涉及一种原子层级表面钝化技术来钝化NbB<subgt;2</subgt;表面,适度降低对含硫物种的吸附,避免NbB<subgt;2</subgt;中毒,从而提高电池性能。本发明的实施方法在于采用熔融盐法把将Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;、硼粉(B)、钝化层源、氯化钠和氯化钾混合均匀,进行充分研磨,高温烧结后进行冷却,用蒸馏水溶解搅拌除盐,洗涤干燥得到原子层级碳、氧或过渡金属钝化的NbB<subgt;2</subgt;纳米颗粒。使用本技术制备得到的表面钝化NbB<subgt;2</subgt;电催化剂能有效提升锂硫电池的循环稳定性和能量密度。

技术研发人员:李彦娟,高凯旭,王展展,蔡俊辉,贾宏鹏,闫霄
受保护的技术使用者:江苏师范大学
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
转载请注明原文地址: https://www.8miu.com/read-30774.html

最新回复(0)