碳負極材料
關注創建者：王土根 創建時間：2018-12-28
碳負極材料的視頻教程
ABAQUS-復合材料工程應用案例一-碳纖維復合材料泡沫夾層板落錘沖擊損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的碳纖維增強樹脂基復合材料泡沫夾層板落錘沖擊損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，碳纖維樹脂基復合材料表層的材料本構參數設置、泡沫材料的彈塑性可壓縮本構模型、沖擊體和板材的網格劃分技巧以及如何去調試模型的收斂性，在結果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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碳纖維復合材料薄壁件的注塑成型過程模擬
利用注塑成型軟件Moldflow，模擬出碳纖維復合材料薄壁件的注塑成型過程，可提取薄壁件內部短碳纖維取向分布，成型件翹曲變形量、體積收縮等數據，利于進行成型質量優化。
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碳負極材料的實例教程
記者15日從科達煤炭化學研究院獲悉，一種由純碳作為主要成分的高容量高密度鋰電池用特種碳負極材料在該院問世，目前，基于這種材料的全新電動汽車鋰電池已經在成都南光新能源公司正式試產。
據了解，在新能源電動汽車的動力系統中，鋰電池的容量(即電池單體能量密度)，完全取決于鋰離子電池負極材料的成分合成。我國首塊新能源汽車鋰電池發明人、成都南光新能源公司總工程師劉昌國博士介紹說，鋰電池國產化以來，負極材料一直以天然石墨為主要成分，充電時間長、單體容量密度低等技術瓶頸，致使我國新能源汽車的續航里程難破300公里極限。而從實驗數據和產品性能測試來看，這種由全新材料制備的鋰電池可以實現汽車續航里程突破600公里。
技術發明人、榆林科達煤炭化學研究院有限公司總經理賀峰介紹道，新單體電池的儲能材料在研發上拋棄了傳統的天然石墨，通過物理方法和化學方法將純碳制成高容量高密度的鋰電池負極材料。
實驗表明，這種全新負極材料的克容量可達2200mAh/g ，負極片壓實密度超過2.0g/cm3，配以正極用三元材料加鈷酸鋰，鋰電池的質量能量密度可超過350Wh/kg。“此外，基于新材料的鋰電池充電時間不超過15分鐘，這更是傳統電池無法企及的。經過試驗，新材料電池在充電和使用過程中，溫度始終為常溫。”賀峰說。
劉昌國表示，國內新能源動力電池領域的專家曾對國產鋰電池在2020年能否實現單體能量密度達到350Wh/kg表示過擔憂，而正在試產的新電池已經超越了這一目標。(記者張景陽)
來源：科技日報
展開 該工作證實了將磷引入至硬碳中可有效改善材料的電化學性能，其中儲鈉機理的分析可望延伸到其他雜原子改性硬碳材料的研究中。
【文獻鏈接】
Insights into the Na+ Storage Mechanism of Phosphorus-Functionalized Hard Carbon as Ultra-High Capacity Anodes (Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201702781).
【團隊鈉離子電池負極相關工作簡介】
該研究小組在鈉離子電池負極方面已經開展了大量前期研究工作：
硬碳負極材料。
研究小組以靜電紡絲法制備纖維狀前驅物，再進一步制備高性能硬碳負極材料。例如，聚氯乙烯（PVC）為碳源，通過靜電紡絲制備PVC纖維前驅體，再經600-800oC裂解烯制備了硬碳材料，用作鈉離子電池負極材料時展現出良好的電化學性能，可逆比容量271 mAh/g（ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 5598?5604）。
以廉價且環保的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為碳源，靜電紡絲法制備纖維狀前驅體，分別在800–1200oC裂解制備了千層糕狀硬碳材料，在最佳的碳化溫度1000oC下裂解得到的硬碳材料，循環100周后容量保持率高達94%；其優異的電化學性能得益于千層糕狀的形貌，均勻的粒徑分布和低的比表面積（RSC Advances 2017, 7, 5519–5527）。
展開 以多孔碳材料為負極，電池型電極材料為正極組成的混合型電容器件，往往具有較高的功率密度和穩定的循環性能。然而與傳統的電池體系相比，較低的能量密度一直是其不可忽視的“短板”。究其原因在于正負極的容量存在巨大的差距，使得電容型碳材料的用量過多從而導致混合電容器體系的整體能量密度降低。為了解決此問題，增大碳材料的比表面積，擴大孔體積以及引入贗電容等都是常用方法，但是這些方式又可能會帶來循環壽命下降等“副作用”。而考慮到作為負極的碳材料在混合電容器中所發生的反應過程就不難發現，增強其吸引陽離子的能力就會有效改善其性能而不帶來任何負面效應。而者其中的關鍵就在于在碳材料表面構建足夠多的“富電子區域”。最近，復旦大學的熊煥明教授與王永剛教授課題組以碳點-水凝膠為前驅體，利用再溶脹-煅燒的方法成功制備了表面態“可控”的多孔碳材料。當其用于混合電容器負極材料時，各方面均表現出優異的性能。最后，作者也通過表征以及DFT計算發現，碳點可以高效率提供某些氮磷官能團，而這些官能團正是引起周圍原子變為“富電子區域”的關鍵。因而，碳點類材料將會是電極材料表面態控制的“利器”。
圖1. 碳點-水凝膠共筑高性能多孔碳材料示意圖
以聚乙烯亞胺和植酸為前驅體，經過160℃的水熱反應即可制備氮磷氧共摻雜的碳點。利用凝膠再溶脹的方法使得多孔水凝膠與碳點很好地融為一體。在惰性氣氛下，通過一次煅燒即形成表面含有特定官能團的碳材料。BET測試結果表明，發現碳點并不影響以水凝膠為前驅體的多孔碳的結構，但其表面官能團卻隨著碳點的引入發生了明顯的變化。這說明量子尺寸的碳點作為客體部分不會改變水凝膠主體部分原有的多孔結構但其可以作為特定官能團（例如吡咯氮，磷酸基團）的有效載體。而進一步的DFT計算表面，這些特定官能團將會成為構建“富電子區域”的主力軍。
圖2.
展開 鈉鉀資源豐富、分布廣泛、價格低廉，與鋰的物理化學特性相似，使得鈉鉀離子儲能器件有望成為鋰基儲能體系的潛在替代品，近年來其關鍵材料及相關技術發展迅速。
中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室研究員閻興斌團隊一直致力于新型碳材料與儲能器件研究，發展了一系列雙碳高性能新型金屬離子混合電容器。
研究人員利用熱固相燒結一步制備了三維網絡碳材料，獲得了網絡碳材料關鍵制備技術；并進一步采用化學活化技術制備了具有優異電容特性的多孔三維網絡碳材料（正極材料）。利用雙碳體系電極材料電化學特性穩定、導電性優異且與電解液匹配性好等特點，通過優化正負極活性材料質量和動力學匹配特性，最終構筑了兼具高能量密度和功率密度且循環穩定性優異的雙碳鈉離子混合電容器（如圖1示），相關結果發表在Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702409。
圖1 雙碳鈉離子混合電容器
近期，研究人員利用碳酸鈉為模板，通過化學氣相沉積（CVD）技術合成了碳納米片負極材料，此碳納米片具有導電性好、缺陷豐富、層間距大、富氧等特點，有利于離子的存儲與傳輸。該碳納米片作為負極材料，表現出了優異的鉀離子存儲特性，為構筑高性能鉀離子混合電容器奠定了基礎。因此，研究人員利用碳納米片負極材料與高容量氮摻雜三維碳正極材料構建了鉀離子混合電容器（如圖2示）。通過材料設計及器件優化，該混合電容器性能優異，具有高能量密度（149 Wh kg-1）和高功率密度（21 kW kg-1），以及良好的循環穩定性（5000圈循環80%的保持率)。相關結果在線發表在Adv. Energy Mater. 2019, 1803894。
展開 鋰-氧電池具有超高的理論能量密度，而被認為是下一代電力系統的主力軍，但目前仍無法在保持高能量存儲能力的同時保證鋰負極的安全性和循環效率。目前為解決這些問題，一方面是嘗試在鋰金屬表面制備保護膜以提高鋰/電解質界面的穩定性；另一方面則是探索合金鋰負極如鋰化硅和鋰/石墨烯復合物來代替金屬鋰。然而，這兩種方法都需要引入電化學惰性或低容量的第二組分，大大降低活性鋰的負荷量和利用率，導致了低比容量，這與研究高能量密度的Li-O2電池的初衷背道而馳。因此，急需研究可以保持高比容量的同時提高安全性和循環效率的電池系統。
【成果簡介】
近日，復旦大學彭慧勝教授團隊為克服這一挑戰，將取向碳納米管交叉堆疊成多孔網絡，用于形成超高容量的鋰負極。該新型負極具有高達3656 mAh/g的可逆比容量，接近純鋰的理論容量3861 mAh/g。當該負極用于鋰氧全電池時，由于無枝晶產生和穩定的固體電解質界面，循環穩定性顯著提高。這項工作通過設計一維導電納米材料的交叉堆疊和對齊結構，推進了高性能鋰-氧電池向實際應用的發展。該成果近日以題為“Stabilizing lithium into cross-stacked nanotube sheets with ultra-high specific capacity for lithium oxygen battery”發表在知名期刊Angew. Chem. Int. Ed上。論文共同第一作者為葉蕾和廖萌，復旦大學彭慧勝教授為論文通訊作者。
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高性能復合材料（尤其是航空、航天、汽車和風電結構中的碳纖維復合材料（CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer））的核心研究方向。下面我給出一個科研和工程設計層面系統化的總結，包括研究方向 、算法、軟件、硬件配置推薦。
一、主要研究方向
碳纖維復合材料的研究主要分為材料設計、力學性能分析、制造工藝與結構仿真、失效與壽命預測四大類：
abaqus碳纖維復合材料熱固化模擬，球形件模型，chile模型，內附inp，CAE，ODB模型
碳纖維復合材料平板固化翹曲變形，內附inp文件，ODB文件及操作視頻
正極材料主要由四種類型：
1.具有層狀結構的金屬氧化物，如鋰鈷氧化物(LiCoO2/LCO) ；
2.具有三維尖晶石結構的金屬，如鋰錳氧化物(LiMn2O4) ；
3.具有六方型結構，如鋰鎳錳鈷氧化物(LiNiMnCoO2/NCA)；
4.具有橄欖石結構的金屬，如磷酸鐵鋰(LiFePO4/LFP)
鋰電池負極材料通常為碳和非碳等類型。
濕熱環境下碳纖維復合材料宏-細觀損傷演化Vumat子程序。 感興趣的話和我私聊吧！
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引言
隨著科學技術的進步和輕量化的發展趨勢，復合材料逐漸出現在了各行各業之中，首當其沖的就是汽車行業。由于復合材料強度高、剛度大、質量輕、具有良好的可設計性，與傳統金屬相比，可以在同等性能條件下大幅減重，為安裝、運輸都提供了巨大的方便；且復合材料具有更好的耐腐蝕、疲勞性能，具有良好的發展前景。復合材料具有各向異性的特性，即使是同一種材料，不同的鋪層設計也會導致其性能上的差異，所以研究復合材料的性能具有十分重要的意義
來源 | Materials Today Communications
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背景介紹
氣凝膠具有密度小、孔隙率高、導熱系數低等特點，是一種理想的保溫材料。環境與資源的矛盾也要求利用可再生資源開發氣凝膠。纖維素基氣凝膠除了具有傳統氣凝膠的優點外，還具有生物相容性、環境友好性和可生物降解性，是最豐富的天然可再生資源，是一種受歡迎的可持續保溫材料
來源 | Advanced Functional Materials
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背景介紹
聚合物基材料由于其優異的靈活性，重量輕，優良的可加工性和低成本的特點，在大功率微電子器件的熱管理方面引起了廣泛的關注。但是，大多數聚合物具有相對較低的導熱系數，范圍為0.1至0.5 W/mk。提高聚合物導熱性的一種簡單而有效的方法是將高導熱填料(如金屬、陶瓷
摘 要：以某款新能源汽車的鋼制車門為分析對象，借助HyperWorks有限元軟件，對車門進行靜力學和模態性能分析。以分析結果為參考，采用等質量替換法，建立碳纖維復合材料車門的有限元模型。以復合材料車門質量最小化為目標函數，靜態性能為約束條件，進行了自由尺寸優化、尺寸優化、鋪層順序優化。對優化結果規整后進行性能驗證。結果表明，獲得的優化方案在滿足性能要求的前提下，實現了車門減重48.3%，完成了車門的輕量化設計
摘 要：基于珠鏈模型，采用離散單元法對纖維模型進行柔性化處理；通過搭建 EDEM-Fluent 耦合仿真模型，對柔性再生碳纖維在漸縮流場中的流動取向過程進行仿真模擬。采用濕法取向技術對 6 mm 纖維進行重新取向排布制備取向氈，將仿真結果與實驗結果進行對比。采用模壓法制備了碳纖維/環氧樹脂基復合材料，對其力學性能進行表征。結果表明：在纖維跟隨流體運動的過程中，纖維會受到軸向剪切力的作用，發生不同程度的彎曲變形
