鈉和鋰具有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)且儲量分布廣泛,因此鈉基儲能系統(tǒng)是一個非常有吸引力的研究領(lǐng)域。目前,越來越多的研究人員致力于探索合適的電極材料,以設(shè)計和構(gòu)建高性能的鈉基儲能系統(tǒng)/裝置。其中,鈉離子電池正極材料的電化學(xué)性能是由相結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)所決定,在電化學(xué)循環(huán)過程中,容易發(fā)生相變造成循環(huán)過程中材料結(jié)構(gòu)的坍塌,進(jìn)而影響循環(huán)性能。因此,在儲鈉層狀氧化物材料的研究中,主要工作集中于材料體相元素?fù)诫s或取代,以此來減弱相轉(zhuǎn)變,提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。而金屬離子混合電容器結(jié)合了電池型負(fù)極和電容器型正極,兼具了高能量密度和高功率密度。實(shí)現(xiàn)這種混合電容器裝置高性能的關(guān)鍵取決于:負(fù)極和正極材料在容量和動力學(xué)行為上均具有良好的電化學(xué)匹配�；谏鲜鲅芯勘尘�,本論文的研究內(nèi)容包括以下三個方面:（1）以Na₂CO₃、N iO、TiO₂為前驅(qū)體,采用固相合成法,通過調(diào)控反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度以及鈉含量制備O3型Na_0.8N i_0.4.4 Ti_0.6.6 O ₂（N N T）... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)地殼（大陸）中元素的豐度與金屬價格之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)于2018年12月31日從http://www.metal.com收集；(b)代表性的智能電網(wǎng)組成部分：風(fēng)能/

工程碩士學(xué)位論文3以上因素導(dǎo)致鈉離子電池的能量密度低于鋰離子電池，鈉離子電池在注重能量密度的應(yīng)用領(lǐng)域并無優(yōu)勢。但對于規(guī)�；瘍δ軕�(yīng)用來說，大容量配置、場地不受限制等特點(diǎn)決定了其對能量密度的要求相對較低，不存在因能量密度而限制其在儲能領(lǐng)域的規(guī)�；瘧�(yīng)用。1.3鈉離子電池正極材料簡介1.3.1過渡金屬氧化物可以用NaxMeO2表示過渡金屬氧化物，其中Me表示過渡金屬，包括Mn、Fe、Ni、Co、V、Cu、Cr等元素中的一種或幾種；x表示鈉的化學(xué)計量數(shù)，范圍為0<x1。[14]。根據(jù)Delmas等人提出的系統(tǒng)，層狀過渡金屬氧化物可以分為兩大類：O3和P2型，其中Na+分別占據(jù)八面體和棱柱形位點(diǎn)，如圖1.2所示。對于O3相，鈉含量x通常在0.7到1.0之間，而P2相中x通常在0.6≤x<0.7的范圍內(nèi)；在O3型相中，邊緣共享的八面體位點(diǎn)處的鈉離子最初是穩(wěn)定的，當(dāng)那些離子從O3型相中部分提取出來時，由于MeO2滑動產(chǎn)生了棱柱形位點(diǎn)，沒有破壞Me-O鍵，這種結(jié)構(gòu)被歸為P3型相，如圖1.2（d）所示。對于P2型相，具有較大鈉離子的大棱柱形部位在能量上是穩(wěn)定的，而鈉離子的提取會引起MeO2的滑動并產(chǎn)生八面體部位，因此形成了具有氧氣填充的新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有兩個不同的具有AB和AC氧排列的MeO2層。AB和AC層之間的空位出現(xiàn)在八面體位置，即O2型相。O3型和P2型相都會遭受結(jié)構(gòu)退化，從而導(dǎo)致不可逆的結(jié)構(gòu)坍塌和容量的快速下降[9]。圖1.2層狀NaTMO2示意圖(a)O3型，(b)P3型，(c)O2型和(d)P2型[9]

工程碩士學(xué)位論文8通過靜電紡絲制造了一種氮摻雜碳納米纖維薄膜，顯示特別優(yōu)異的循環(huán)壽命[48]。Zhou等人通過用H2S/Ar混合氣體處理富N碳納米片，制備了摻S富N碳納米片，作為SIB負(fù)極，顯示出高容量和優(yōu)異的倍率性能[49]。石墨烯是一種獨(dú)特的二維碳材料，具有較大的表面積，優(yōu)異的電子導(dǎo)電性，良好的柔韌性和較高的化學(xué)穩(wěn)定性，且有大量暴露的活性位，因此具有優(yōu)異的儲鈉性能[50]。如圖1.3（f）Dai等人采用三維（3D）N摻雜石墨烯泡沫，作為SIB負(fù)極，在500mAg-1時，表現(xiàn)出852.6mAhg-1的可逆容量，循環(huán)150圈后可以達(dá)到69.7%的容量保持率[51]。Guo和Wan研究了碳/石墨烯復(fù)合材料，在50mAg-1的電路密度下，具有670mAhg-1的可逆容量，100個循環(huán)后仍為400mAhg-1[52]。結(jié)合石墨烯的高容量以及多孔納米結(jié)構(gòu)碳的高循環(huán)穩(wěn)定性和離子遷移率。如圖1.3（g），Liu等人通過靜電紡絲將剝落的石墨烯層分散在多孔碳納米纖維中，可提供高可逆容量（在100mAg-1時為432.3mAhg-1），優(yōu)異的的倍率性能（即使在10000mAg-1時也為261.1mAhg-1）和超長壽命(在1000次循環(huán)中保持91％的容量)[53]。與不可石墨化的硬碳相反，軟碳為具有較高電子傳導(dǎo)性的可石墨化的非石墨碳，其石墨化度和層間距離可以通過熱處理來調(diào)節(jié)。一般而言，硬碳中的石墨層非常彎曲且不對齊，而軟碳中的石墨層具有較小的曲率且排列得更好。圖1.3(a)在線性醚基電解質(zhì)中，溶劑Na+到石墨層中的共嵌入機(jī)理[36]，(b)膨脹石墨原位TEM圖[38]，(c)大孔碳納米片TEM圖[46]，(d)中空碳納米球TEM圖[47]，(e)氮摻雜碳納米纖維TEM圖[48]，(f)3DN摻雜石墨烯泡沫TEM圖[51]，(g)脫落的石墨烯/多孔碳納米纖維TEM圖[53]。1.4.2合金型材料因其高理論容量和優(yōu)異的?


本文編號：3409119