噴霧干燥機在新能源釩基材料制備中應(yīng)用

釩基材料是以釩元素為主要成分或核心組成部分的一類材料，釩基材料包含多種化合物，還有氮化釩（VN）、碳化釩（VC）等化合物。此外，還有以釩為主要合金元素的釩基合金。

性能特點

高比容量：具有多價離子反應(yīng)機制，能實現(xiàn)較高的比容量，例如在儲能領(lǐng)域作為電極材料時，理論比容量較高。

氧化還原特性：釩元素具有多種氧化態(tài)（從 +2 到 +5），這使得釩基材料在不同的化學(xué)反應(yīng)和應(yīng)用場景中能夠表現(xiàn)出豐富的氧化還原行為，可作為催化劑或參與電化學(xué)反應(yīng)等。

良好的機械性能：一些釩基合金具有高強度、高硬度、良好的韌性和抗疲勞性能，同時具備較好的抗蠕變性能，能在高溫下保持穩(wěn)定的力學(xué)性能。

特殊的物理性質(zhì)：部分釩基材料具有特殊的物理性質(zhì)，如二氧化釩在一定溫度下會發(fā)生金屬 - 絕緣體轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)發(fā)生突變，這種特性可應(yīng)用于智能窗、傳感器等領(lǐng)域。

能源領(lǐng)域：在鋰離子電池、水系鋅離子電池等儲能電池中作為正極材料，具有較高的能量密度和較好的充放電性能；此外，還可用于制備釩氧化還原液流電池，用于大規(guī)模儲能。

鋰離子電池領(lǐng)域

存在問題：釩基化合物作為鋰離子電池正極材料具有比容量高、導(dǎo)電性好、價格低廉等優(yōu)點，但大多數(shù)釩基化合物電池循環(huán)性能并不理想，這是由于鋰離子頻繁的嵌入和脫嵌導(dǎo)致其層狀結(jié)構(gòu)塌陷。

研究方向：以釩基化合物層狀結(jié)構(gòu)為主要研究對象，通過在釩基化合物相鄰釩氧層之間引入起支撐作用的結(jié)構(gòu)單元，獲得兼具二維結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)支撐作用雙重特點的新型釩基化合物正極材料，以有效抑制充放電過程中存在的層狀結(jié)構(gòu)塌陷，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

水系鋅金屬電池領(lǐng)域

存在問題：鋅離子與之間的強靜電相互作用限制了鋅離子的擴散動力學(xué)，并且鋅離子的反復(fù)脫嵌會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌和容量的快速衰減。同時，釩基材料的實際應(yīng)用受到缺乏高效且高產(chǎn)率合成方法的限制，以往的制備方法存在能耗高、設(shè)備要求高、合成時間長以及對溶液 pH 值敏感等問題。

研究方向：一方面探索新的合成方法，如云南大學(xué)王毓德教授團隊提出的溫和、低成本和高產(chǎn)率的 CaV6O16?2.7H2O 合成方法，通過簡單的油浴法將反應(yīng)物在 90°C 下加熱 6 小時，每批可獲得 42.8g 的純相 CaVO，產(chǎn)率高達 98.8%。另一方面，通過材料結(jié)構(gòu)設(shè)計來改善性能，如河北大學(xué)朱前程博士等人通過合成大約 3 個原子層的類石墨烯氧化釩（GAVOH），使其能夠?qū)崿F(xiàn)超過 700mAh/g 的高容量，且 GAVOH - CNTs 復(fù)合凝膠可大規(guī)模制備，彌補了單獨 GAVOH 穩(wěn)定性不足的缺陷。

噴霧干燥機在釩基材料制備中具有重要應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下方面：

制備釩基電極材料：噴霧干燥法對于制備球狀微粒非常有優(yōu)勢，可用來制備磷酸釩鈉（Na?V?(PO?)?，NVP）微球等釩基電極材料。如 Xu 等通過噴霧干燥策略構(gòu)建了多孔空心球結(jié)構(gòu)的石墨烯與 NVP 復(fù)合材料（NVP/rGO HSs）。該方法制備電極材料具有前驅(qū)體原子級均勻分布、化學(xué)計量比可精確控制、干燥過程迅速節(jié)省時間等優(yōu)點。

實現(xiàn)均勻摻雜或復(fù)合：類似于在其他材料中的應(yīng)用，在釩基材料制備中，可通過噴霧干燥將一些添加劑或其他功能性材料與釩基前驅(qū)體均勻混合。例如，將納米 Al?O?與釩基前驅(qū)體通過噴霧干燥均勻混合，經(jīng)過后續(xù)處理后，Al?O?層可均勻分布在釩基材料表面，起到隔絕電解液、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)等作用。

噴霧干燥是以單一工序?qū)⑷芤骸⑷闈嵋骸腋∫汉蜐{狀物料瞬間干燥成粉狀或顆粒狀產(chǎn)品。工藝過程簡單、干燥溫和特別適合熱敏性物料，還可以快速工業(yè)化放大生產(chǎn)。那艾實驗儀器的試驗中心配備了6臺功能各異的噴霧干燥造粒試驗機以及專業(yè)的試驗人員，能基本滿足客戶在粉體樣品的制取及干燥特性的確認等方面的需求，為噴霧干燥工藝研究提供可靠的依據(jù)。誠摯歡迎廣大新老客戶前來試驗、洽談。