發(fā)布時間：2021-02-18 19:12

　　隨著能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和儲能技術(shù)不斷地發(fā)展,各類新型的金屬離子電池得到越來越多的關(guān)注。其中,可再充水系鋅離子電池由于其具有高安全性、低成本、環(huán)境友好、組裝便利、自然界中鋅儲量豐富、理論容量大、水系電解液離子電導(dǎo)率較高（10–1-6 S cm–1）等優(yōu)勢,被認(rèn)為是最有前景的儲能元件之一。不斷研發(fā)高性能的正極材料對于可再充水系鋅離子電池的商業(yè)應(yīng)用具有較大意義。目前,釩氧化物材料因其豐富的元素儲量、低成本、釩的多價態(tài)、理論儲鋅容量高（589m Ah g–1）等多重優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最有前景的鋅離子電池正極材料。然而,釩氧化物材料存在導(dǎo)電率較低,儲能機(jī)理復(fù)雜并仍然存在爭議,鋅離子擴(kuò)散動力學(xué)緩慢等問題,從而使得電池的儲鋅性能不理想。本論文主要通過制備釩酸銀@水合五氧化二釩（Ag0.333V2O5@V2O5·n H2O）核殼式同軸納米電纜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料、共軛聚苯胺和水分子共嵌入五氧化二釩得到大層間距玫瑰狀聚苯胺插層氧化釩（PVO）結(jié)構(gòu)和多孔碳/水合氧化釩納米片（PC/V2O5·n H2O）來提高釩氧化物的電導(dǎo)率,鋅離子擴(kuò)散速率和鋅離子儲存動力學(xué)。并對上述材料進(jìn)行鋅離子電池性能測試和儲鋅機(jī)理研究。本文具體開展的... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋅離子電池的發(fā)展歷史簡要示意圖[13]

淄榛撬嶁康緗庖海╖n(CF3SO3)2）[32]，也有文獻(xiàn)中使用氯化鋅電解液[33]、乙酸鋅電解液[34]和硝酸鋅電解液[35]，還有一些少量有機(jī)添加劑的電解液等[36,37]。使用錳氧化物作為電池的正極材料時，也會在電解質(zhì)中加入一定量的錳鹽溶液來抑制錳的溶解[38,39]。隔膜能夠進(jìn)行離子傳輸，也就是說，鋅離子能夠穿透隔膜來回傳輸，而電子不能。同時，隔膜將正負(fù)兩極隔離開，有效防止電池正負(fù)極接觸從而發(fā)生短路問題。正極中的活性材料做儲能介質(zhì)，當(dāng)前，鋅離子電池中所使用的正極材料的種類及其各自的特點(diǎn)在下文中會做詳細(xì)描述。圖1-3鋅離子電池儲能示意圖[40]Fig.1-3Schematicdiagramofzincionbatteries[40]水系鋅離子電池的工作原理和堿性鋅基電池的工作原理不同，鋅離子電池的工作模式被稱為“搖椅式”電池，鋅離子像“搖椅”一樣在正負(fù)電極之間來回穿梭遷移[1]。如圖1-3所示，在放電過程中，金屬鋅失去電子變成鋅離子進(jìn)入電解質(zhì)中穿透隔膜進(jìn)一步擴(kuò)散并嵌入到正極材料的晶格中，此時電子經(jīng)由外電路從鋅負(fù)極流入到電池的正極一端。充電過程則是鋅離子從正極材料的晶格中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)輸運(yùn)，最后沉積在鋅負(fù)極中，同時電子經(jīng)外電路從正極流入負(fù)極中。這樣，就完成一次充放電反應(yīng)。理想狀態(tài)來看，鋅離子在正極材料中不斷地嵌入/脫出，在負(fù)極材料中不斷地沉積/溶解，這個過程是可逆的。在負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)方程式為：Zn2++2eZn[10]（1-1）在正極一端的發(fā)生電化學(xué)法拉第反應(yīng)比較復(fù)雜，根據(jù)正極材料的微觀形貌和成分以及結(jié)構(gòu)的不同而不同，主要有鋅離子的嵌入/脫出反應(yīng)、轉(zhuǎn)換反應(yīng)和鋅離子與氫離子

釩氧化物納米材料的合成及其鋅離子電池性能研究6共嵌入在一定程度上減弱了其電荷密度，但水合的鋅離子的嵌入脫出對正極材料的層間距等特性提出了更高的要求[11]。因此，要解決上述存在的問題要求正極材料要有較高的電勢，從而在和鋅負(fù)極匹配組裝成電池后會有更高的電壓；要求正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，層狀材料要有較高的層間距，以便在鋅離子嵌入/脫出的過程中，保持高度的可逆性，提高充放電效率；正極活性材料要有較高的電子電導(dǎo)率，減少極化從而提高電化學(xué)性能。還要不斷總結(jié)完善鋅離子電池的儲能機(jī)理。1.3鋅離子電池正極材料的研究進(jìn)展當(dāng)前，鋅離子電池正極材料已經(jīng)得到一定的發(fā)展，但是距離大規(guī)模應(yīng)用仍需要進(jìn)一步的研究。圖1-4顯示了當(dāng)前用于水系鋅離子電池的各種正極材料和鋅負(fù)極的工作電壓與比容量的關(guān)系。從中可以看出，目前主要有錳基氧化物、釩基氧化物、普魯士藍(lán)類似物、有機(jī)化合物、過渡金屬硫化物、鉬基化合物以及鈷基化合物等作為正極材料在鋅離子電池體系中得到應(yīng)用。其中。普魯士藍(lán)類似物具有較高的工作電壓但是容量較低，錳氧化物的比容量比普魯士藍(lán)類似物要稍高，但工作電壓較低，而釩氧化物表現(xiàn)出容量較高而工作電壓稍低的特點(diǎn)。同時其他有機(jī)物、鈷氧化物等正極材料也有容量較低的表現(xiàn)，具體的各個正極材料的特點(diǎn)以及它們的儲鋅機(jī)理將在下文具體描述。圖1-4當(dāng)前用于水系鋅離子電池的各種正極材料和Zn負(fù)極的工作電壓與比容量的關(guān)系[10]Fig.1-4OperatingvoltageversusspecificcapacityforZnanodeandvariouscathodematerialspresentlyusedforzincionbatteries[10]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A High-Capacity Ammonium Vanadate Cathode for Zinc-Ion Battery[J]. Qifei Li,Xianhong Rui,Dong Chen,Yuezhan Feng,Ni Xiao,Liyong Gan,Qi Zhang,Yan Yu,Shaoming Huang.  Nano-Micro Letters. 2020(05)



本文編號：3039976