本文選題：鈉離子電池　切入點：正極　出處：《吉林大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著太陽能、風能等可再生能源的快速發(fā)展,把這些非連續(xù)的電能成功的存儲到大規(guī)模的電能存儲電網(wǎng)系統(tǒng)變得越來越重要。在這些潛在的能源存儲技術中,電化學蓄電池技術由于其靈活性,能量轉(zhuǎn)換效率高和維護簡便等優(yōu)點,使得電化學蓄電池成為大規(guī)模電能存儲的最有效的方法。到目前為止,鋰離子電池是開發(fā)最成功的電能存儲技術,已被廣泛應用在便攜式電子和電動汽車等移動設備和裝置上。然而鋰資源的匱乏限制了鋰離子電池在未來的進一步應用。鈉,有著與鋰極其相似的物理和化學性質(zhì),而且資源豐富,價格低廉。因此,鈉離子電池再次引起了人們極大的興趣和廣泛的關注,特別是大型固定能量存儲裝置和設備的應用。然而,現(xiàn)階段的鈉離子電池的研究還比較少,可選的正負極電極材料和工藝還不成熟,所以目前的鈉離子電池性能還無法與鋰電池相媲美。所以,尋找并發(fā)展氋容量與長循環(huán)壽命的鈉離子電池電極材料是關鍵,而且存在著極大的挑戰(zhàn)�；谏鲜鲈蚝蜅l件,我們以鋰離子電池技術為基礎,在鈉離子電池正負極方面開展了多項探索性的實驗,做出了一些開創(chuàng)性的工作,并提出了一些獨到的見解,主要研究內(nèi)容和結果如下:1.通過原位堿性溶液腐蝕銅箔法制備了柔性多孔的三維納米陣列結構的Cu O納米棒。這種三維陣列結構的納米棒制備簡便,可大規(guī)模制備。更重要的是它在應用到鈉離子電池中時可以不使用任何粘結劑和導電劑,這種做法不僅降低了電池的制作成本,同時也簡化了電池原本繁復的制作工藝。在鈉離子電池中,這種三維陣列結構的Cu O納米棒與其它納米結構的Cu O相比更表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢,比如在較大的電流密度下仍有大于640 m A g-1的比容量,優(yōu)越的倍率性能(大于8C,200 m A g-1)以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性。結果表明,三維多孔陣列結構的Cu O是一種較有前景的高性能鈉離子電池負極材料。2.通過調(diào)節(jié)堿的種類、濃度、生長條件等方式,快速、有效的控制并制備了三維、層狀的單晶Sn Se納米片簇作為高容量、高倍率,高能量密度的鈉離子電池負極。研究中發(fā)現(xiàn),堿性條件是制備純相Sn Se的必備條件。當把這種三維的Sn Se納米片簇作為鈉離子電池負極時,該材料表現(xiàn)出了接近理論容量的充放電比容量(738 m Ah g-1),超高的倍率性能(40 A g-1,約為2400C),更重要的是,這種材料在和一種鈉離子電池正極材料組裝成全電池時,表現(xiàn)出了很高的放電平臺(~3.4 V),高的能量密度和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。3.Na2V6O16·3H2O納米帶作為高容量的鈉離子電池正極及對稱電池電極。通過五氧化二釩、氫氧化鈉和水為原材料,用簡單的水熱法制備了大小均勻、形貌統(tǒng)一的一維Na2V6O16·3H2O納米帶。這種一維的納米帶相比于塊體材料具有較大的比表面積和更好的柔韌性,而且這種釩酸鈉是一種層狀結構,在作為鈉離子電極時可以為鈉離子的存儲提供更多的空間,方便鈉離子的快速嵌入和脫出。作為鈉離子電池正極時,該材料的容量近200 m Ah g-1,作為對稱電池時其首次容量也超過130m Ah g-1,能量密度大于80 Wh kg-1,而且安全性很高。4.Na1.1V3O7.9一維單晶納米帶作為高容量、長循環(huán)壽命的鈉離子電池正極。在Na2V6O16·3H2O一維納米帶的基礎上,我們對Na2V6O16納米帶進行了精確的熱處理,得到了結構新穎的層狀Na1.1V3O7.9納米帶。同時我們也對該材料做了結構精修計算,進一步確認了該材料的純度和結構。在作為鈉離子電池的正極時,該材料表現(xiàn)出了較高鈉離子電池性能,比如大于170 m Ah g-1的容量,突出的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。此外,我們還對該材料的充放電機理進行了深入的探討。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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