發(fā)布時(shí)間：2020-10-17 02:11

　　 隨著化石能源的不斷消耗,人們將更多的目光投在新能源領(lǐng)域。碳基材料因?yàn)槠浠瘜W(xué)穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性能好、價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用鋰離子電池負(fù)極材料、鈉離子電池負(fù)極材料以及超級(jí)電容器電極材料等能量?jī)?chǔ)存領(lǐng)域。本論文通過(guò)丁二酮肟與二水合醋酸鋅的直接固相反應(yīng),制備出氮摻雜的分級(jí)多孔碳納米材料,該制備方法簡(jiǎn)便、節(jié)能、對(duì)環(huán)境友好,具有一定的普適性;所制備的碳材料具有獨(dú)特的組分與結(jié)構(gòu),使其在鋰離子電池及超級(jí)電容器的應(yīng)用中表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。主要工作總結(jié)如下:(1)采用丁二酮肟和二水合醋酸鋅為原料,通過(guò)直接低熱固相反應(yīng)法制備出前驅(qū)體,對(duì)該前驅(qū)體進(jìn)行后續(xù)碳化等處理后可進(jìn)一步制備氮摻雜的碳納米材料這一目標(biāo)產(chǎn)物。(2)通過(guò)兩步法,即碳化熱處理(900℃以下)及隨后的酸刻蝕,將前驅(qū)體進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮摻雜的多孔碳納米材料(表示為NC-T-x,其中NC表示氮摻雜的碳,T為熱處理前驅(qū)體的溫度,x為制備丁二酮肟鋅是所用的丁二酮肟與二水合醋酸鋅的物質(zhì)的量之比)。電化學(xué)性能測(cè)試表明,NC-800-2材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能:當(dāng)其作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),在100 mAg-1的電流密度下,充放電循環(huán)了 50圈以后,仍可放出高達(dá)700 mAh g-1的可逆容量,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)化石墨的理論比容量(372mAhg-1);當(dāng)其作為超級(jí)電容器的電極材料時(shí),在1000mAg-1的電流密度下,比電容為134 Fg-1,高于商業(yè)化活性炭材料。(3)通過(guò)一步法,即高溫(900℃以上)熱處理,將前驅(qū)體進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮摻雜的多孔碳納米材料。電化學(xué)性能測(cè)試表明,NC-900-2材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能:使用其作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),在100mAg-1的電流密度下,充放電循環(huán)了 100圈以后,仍可放出高達(dá)500mAhg-1的可逆容量,高于商業(yè)化石墨的理論比容量。使用其作為超級(jí)電容器電極材料,表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容器電極性能:在500 mA g-1的電流密度下,比電容為112 Fg-1,同樣高于商業(yè)化活性炭材料。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TQ127.11;TB383.1
【部分圖文】：

圖ｌ．ｌ鋰離子電池工作原理示意圖??鋰離子電池的工作原理類(lèi)似于“搖椅”，對(duì)于正極采用鈷酸鋰、負(fù)極采用石??墨的鋰離子電池的機(jī)理如圖１．１所示。正極與負(fù)極之間是電解質(zhì)溶液，中間用隔??膜隔開(kāi)。在對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電的時(shí)候，鋰離子從正極脫嵌進(jìn)經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液??入負(fù)極當(dāng)中；放電過(guò)程與之相反，鋰離子從負(fù)極當(dāng)中脫出，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液嵌入??正極。在整個(gè)充放電過(guò)程中，通過(guò)鋰離子在正極與負(fù)極之間的脫出與嵌入，儲(chǔ)存??了電化學(xué)能％??以最典型的鋰離子電池為例，涉及的電化學(xué)反應(yīng)如下所示：??正極：?ＬｉＣｏ〇２?＜?＞？?Ｌｉｉ－ｘＣｏ〇２?＋?ｘＬｉ＋?＋?ｘｅ＇??負(fù)極：?６Ｃ?＋?ｘＬｉ＋?＋?ｘｅ－?■＜?＞■?ＬｉｘＣ６??總反應(yīng)：ＬｉＣｏ〇２＋６Ｃ?＜－－．?Ｌｉｉ－ｘＣｏ〇２?＋?ＬｉｘＣ６??４??

Ｙａｎｇ等人通過(guò)熱解蔗糖，制備出具有不同孔徑的多孔結(jié)構(gòu)硬碳作為鋰離子??電池負(fù)極材料，探討了多孔結(jié)構(gòu)對(duì)充放電性能及鋰離子傳輸過(guò)程中的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)??的影響［１３］（如圖１．３所示）。他們以蔗糖作為碳源，通過(guò)溶膠－凝膠模板法合成兩個(gè)??典型的多孔碳（ＰＣ－１和ＰＣ－２），將未使用模板的相同碳源制備無(wú)模板的硬碳縮寫(xiě)??為ＨＣ作為對(duì)比。通過(guò)掃描電鏡圖，可以清楚地看到ＰＣ－１、ＰＣ－２具有疏松的層??狀多孔結(jié)構(gòu)。在對(duì)其電化學(xué)性能測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，層狀多孔碳在０．２?Ｃ的電流密度下??具有５０３．５?ｍＡｈ?ｇ－１的容量，即使在５?Ｃ的電流密度下，依然具有３３２．８?ｍＡｈ?ｇ－１??的容量。研宄表明，納米多孔結(jié)構(gòu)的硬碳有利于增強(qiáng)其電化學(xué)性能。??二氧化鈦也是一種熱門(mén)的嵌入／脫嵌型鋰離子負(fù)極材料，適合于大批量的生??產(chǎn)，在１．５Ｖ的工作電壓下顯示出了優(yōu)異的安全性和穩(wěn)定性。并且，二氧化鈦??的電活性高

（ｃ）不同電流密度下二氧化鈦的電勢(shì)容量圖，（ｄ）在４００°Ｃ下鍛燒的二氧化鈦的倍??率性能圖??圖１．４是以銳鈦礦型的二氧化鈦為負(fù)極材料在鋰離子半電池中進(jìn)行得性能測(cè)??試。該材料通過(guò)尿素輔助水熱法制備，在不同溫度下鍛燒得到的材料進(jìn)行對(duì)比測(cè)??試Ｍ。從圖１．４ａ可以看出，在不同溫度下煅燒得到的二氧化鈦材料的初始充電／??放電時(shí)電壓特性：４００°Ｃ下煅燒得到的介孔二氧化鈦充電容量為１６４?ｍＡｈ?ｇ－１，循??環(huán)８０圈后仍有１５４?ｍＡｈ?ｇ－１的容量，容量保持率高達(dá)９５％；?５００°Ｃ下煅燒的二氧??化鈦比容量有所下降�？赡茉蚴�，隨著溫度升高，顆粒大小會(huì)增大，不利于其??儲(chǔ)能。不同電流密度下的電壓特性圖及倍率圖都顯示出了良好的性能。??（２）合金／脫合金化材料??硅材料因?yàn)闃O高的理論比容量及在地球豐富的儲(chǔ)量，有希望成為鋰離子電池??碳負(fù)極材料的替代者。硅材料在鋰離子電池負(fù)極中的儲(chǔ)鋰機(jī)制屬于合金／脫合金??化機(jī)制，在鋰化和脫鋰期間，硅的體積變化非常大，這直接使得其循環(huán)壽命很短，??影響其商業(yè)應(yīng)用Ｍ。目前研究的熱點(diǎn)是將硅材料與其他材料復(fù)合
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號(hào)：2844116