【摘要】：在過去幾十年里,化石能源的大量消耗與能源需要的不斷增加迫使研究者們尋求可再生的清潔能源和發(fā)展相關(guān)的能源儲(chǔ)存技術(shù)。在眾多的儲(chǔ)能技術(shù)中,鋰離子電池由于其高能量密度和功率密度、長循環(huán)壽命而被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域,同時(shí)鈉離子電池也由于鈉資源儲(chǔ)量豐富、成本低廉而備受大規(guī)模儲(chǔ)能的青睞。然而,目前鋰離子電池和鈉離子電池的發(fā)展并不能滿足社會(huì)的需求,開發(fā)高性能的鋰離子/鈉離子電池電極材料至關(guān)重要。過渡金屬鉬酸鹽由于其高理論容量、低成本、鉬的多價(jià)態(tài)等優(yōu)點(diǎn)被研究作為高性能鋰離子/鈉離子電池的負(fù)極材料,但是較差的電導(dǎo)率和較大的體積變化限制了其電化學(xué)性能。本文以過渡金屬鉬酸鹽為研究對(duì)象,制備了兩種金屬鉬酸鹽納米材料,對(duì)其進(jìn)行物相表征和微觀形貌表征,并研究其儲(chǔ)鋰、儲(chǔ)鈉性能,同時(shí)探究其儲(chǔ)鈉過程,為其它鉬酸鹽的研究提供參考依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:(1)采用一步水浴法合成了三維氧化石墨烯修飾的鉬酸鐵微米花復(fù)合材料(FMO/GO)。所得到的鉬酸鐵微米花均勻地鑲嵌在三維氧化石墨烯網(wǎng)絡(luò)中,其中鉬酸鐵微米花的直徑為2 3μm,由厚度大約為100 nm的納米片所組成。(2)當(dāng)作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),FMO/GO表現(xiàn)出了高比容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的倍率性能(在200 mA g~(-1)下,循環(huán)50次后比容量為1220mA h g~(-1);在10 A g~(-1)下,比容量高達(dá)685 mA h g~(-1));當(dāng)作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí),FMO/GO表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能(在1 A g~(-1)下循環(huán)1000次,比容量約為188 mA h g~(-1);在10 A g~(-1)下,比容量為107 mA h g~(-1))。其良好的電化學(xué)性能可以歸因于FMO微米花和導(dǎo)電氧化石墨烯的結(jié)合,氧化石墨烯不僅可以提供電子傳輸?shù)穆窂?而且還可以容納充放電過程中的體積變化。(3)通過非原位XRD、TEM、XPS研究了FMO的儲(chǔ)鈉機(jī)制,結(jié)果表明,該材料的儲(chǔ)鈉機(jī)理是轉(zhuǎn)換反應(yīng)和脫嵌反應(yīng)相結(jié)合的一個(gè)電化學(xué)過程。(4)采用先水熱后煅燒的方法合成了鉬酸鎳納米棒(NMO-600),所得納米棒的直徑在200 nm左右,長度為5 10μm。當(dāng)將其作為鈉離子電池負(fù)極材料時(shí),其表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能(在100 mA g~(-1)下循環(huán)100圈后比容量為250mA h g~(-1);在10 A g~(-1)下,比容量為130 mA h g~(-1)),優(yōu)于FMO微米花的儲(chǔ)鈉性能。
【圖文】：

正極和負(fù)極材料對(duì)于鋰金屬的電化學(xué)電位和鋰離子00 年以來發(fā)表的關(guān)于鈉離子電池的論文數(shù)量；（b）負(fù)極對(duì)于鈉金屬的電化學(xué)電勢和鈉離子電池的容量[于最容易獲得的鋰資源位于偏遠(yuǎn)的或者政治敏感的成本和實(shí)用性問題著實(shí)令人擔(dān)憂。鋰化合物價(jià)格的

2圖 1-2（a）2000 年以來發(fā)表的關(guān)于鈉離子電池的論文數(shù)量；（b）重要的正極負(fù)極對(duì)于鈉金屬的電化學(xué)電勢和鈉離子電池的容量[5]但是，由于最容易獲得的鋰資源位于偏遠(yuǎn)的或者政治敏感的區(qū)域[6 8]，全鋰資源潛在的成本和實(shí)用性問題著實(shí)令人擔(dān)憂。鋰化合物價(jià)格的上漲也使得于鋰離子電池的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)變得不太實(shí)惠。近來，由于鈉的成本效益和理分布的優(yōu)勢，鈉離子電池的關(guān)注度日益增加。從理論上講，鈉比鋰重三倍所以鈉離子電池的能量密度在理論上比不上鋰離子電池。但是鑒于鈉合適的位 2.71 V（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極），僅比鋰的電位高 0.3 V，其只需要承受小的量損失。這就意味著在大型電網(wǎng)的支持下，鈉離子電池可以找到其更適合的用領(lǐng)域，其中電池的運(yùn)行成本和壽命是整個(gè)系統(tǒng)最重要的方面[9]。實(shí)際上，，鈉子電池與鋰離子電池早在 20 世紀(jì) 80 年代就開始同時(shí)被研究[10 13]，但是鋰離
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1;TM912

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