【摘要】：金屬硼氫化物具有較高的含氫容量,可以作為優(yōu)異的儲(chǔ)氫介質(zhì),但其熱穩(wěn)定性較高限制了其實(shí)際應(yīng)用。添加碳材料可以有效改善金屬硼氫化物的儲(chǔ)氫性能,這可能歸因于納米化、界面或者C的催化作用等。因此,本文在綜述最新研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,選取石墨、單壁納米碳管、多壁納米碳管和石墨烯四種不同結(jié)構(gòu)的碳材料,借助粉末X射線衍射(XRD)、X射線能量色散譜儀(EDS)、恒容-壓力差Sievert法(PCT)、掃描電子顯微鏡(TEM)、循環(huán)伏安法(CV)、恒流充放電和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等技術(shù)手段,系統(tǒng)研究了原位生成金屬硼氫化物與不同碳材料的內(nèi)在相互作用。并考察了碳材料對(duì)金屬硼氫化物的儲(chǔ)氫性能、以及金屬硼氫化物對(duì)碳材料儲(chǔ)電性能的影響。所得主要研究結(jié)果如下:(1)以石墨作為碳源,以LiBH_4和KCl為原位反應(yīng)的反應(yīng)物,通過添加石墨作為催化劑,通過機(jī)械球磨的方法。探究石墨對(duì)這類金屬鹵化物與LiBH_4會(huì)產(chǎn)生何種影響,通過比較各金屬鹵化物與Li BH_4產(chǎn)物的儲(chǔ)氫性能得到石墨的添加在影響原位反應(yīng)的同時(shí)會(huì)對(duì)材料的儲(chǔ)氫性能產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明碳材料對(duì)硼氫化物原位反應(yīng)有促進(jìn)作用,并且硼氫化物的儲(chǔ)氫能力也得到顯著提高。另一方面,硼氫化物的原位反應(yīng)對(duì)碳材料具有解離效應(yīng)。(2)以石墨粉(Graphite)、單壁納米碳管(SWCNT)、多壁納米碳管(MWCNT)、石墨烯(Graphene)作為復(fù)合體系的碳源,采用機(jī)械球磨的方法制備硼氫化物原位反應(yīng)體系KCl+LiBH_4(下文以B代替)與碳材料質(zhì)量比例為5:5的復(fù)合材料。對(duì)材料進(jìn)行500℃下加熱3個(gè)小時(shí)的熱處理得到電極材料。并且通過對(duì)碳材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究,探究出硼氫化物與金屬鹵化物的原位反應(yīng)能夠顯著提高碳材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。(3)以石墨作為碳源,以LiBH_4和KCl為原位反應(yīng)的反應(yīng)物。將這種復(fù)合材料制作成鋰離子電池的負(fù)極材料并通過調(diào)節(jié)硼氫化物原位反應(yīng)體系中石墨的相對(duì)含量來研究硼氫化物原位反應(yīng)對(duì)石墨電化學(xué)性能改善機(jī)制。探索出在碳材料和硼氫化物原位反應(yīng)體系中,G/B=1:9材料的電化學(xué)性能最優(yōu)。即復(fù)合體系中碳材料的相對(duì)含量越小,復(fù)合體系的電化學(xué)性能越好。
【圖文】：

鋁箔組成的集流體。電解質(zhì)常用的是有機(jī)電解質(zhì)液體和新型的固態(tài)電解質(zhì)鋰離子的傳輸提供通道，，另一方也提供部分鋰源。負(fù)極則是由石墨化的碳組成的電流收集體組成。隔膜的作用是用來隔開電池的正負(fù)極，防止電池接觸發(fā)生短路。鋰離子電池的通用化學(xué)表達(dá)式為：( ) 6 2( ) 圖 1.1 為典型的鋰離子電池的工作原理示意圖。充電過程中，首先在電下正極材料中的 Li+從正極材料的晶格中脫出，然后通過電解液向負(fù)極移入到負(fù)極碳材料的層狀結(jié)構(gòu)中，這個(gè)過程是將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過程。，Li+從負(fù)極碳材料的層狀結(jié)構(gòu)中脫嵌，經(jīng)過電解液遷移并嵌入到正極材料，正極材料的結(jié)構(gòu)得以復(fù)原，在放電過程中 Li+遷移回正極形成電勢(shì)差，成電流實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。電極的總反應(yīng)如下：正極： o 2 1 2 負(fù)極： 6 6總反應(yīng)： 6 o 2 6 1 2

圖 1.2 層狀 LiCoO2結(jié)構(gòu)[15]Fig 1.2 Layered LiCoO2Structure常用的具有層狀結(jié)構(gòu)正極材料為 LiNiO2。氧化鎳鋰用前景的正極材料，實(shí)際容量約 200mAh/g，并且對(duì)具有更大的優(yōu)勢(shì)。氧化鎳鋰和鈷酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)相，a=0.2886nm，c=1.4214nm。LiNiO2是研究較多足，循環(huán)性能差、穩(wěn)定性較差，主要是由于在充放(r=0.068 nm)小于 Li 的離子半徑(r=0.076 nm)，在發(fā)的 Ni3+(r=0.056 nm)，這樣由于半徑減小結(jié)構(gòu)之間會(huì)塌，鋰離子再次嵌入過程困難導(dǎo)致材料的容量減少結(jié)構(gòu)材料構(gòu)的 LiMn2O4熱穩(wěn)定性好，具有三維隧道結(jié)構(gòu)，在 Li，16 個(gè) Mn，32 個(gè) O。Li+和 Mn3+/4+各自位于立方八面體位置。充電過程中 Li+從 LiMn2O4脫出會(huì)使
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34

【參考文獻(xiàn)】

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1 方國(guó)清;張瑞雪;劉偉偉;夏丙波;孫洪丹;王海波;吳晶晶;金子信悟;李德成;;水熱法制備無定形ZnSnO_3/C復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究[J];電化學(xué);2013年06期

2 王佳民;胡軍平;劉春華;施思齊;歐陽楚英;;鋰離子電池電極材料的第一性原理研究進(jìn)展[J];物理;2012年02期

3 武明昊;陳劍;王崇;衣寶廉;;鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J];電池;2011年04期

本文編號(hào)：2663753