【摘要】：近年來,由于鈉資源豐富、成本低以及與鋰相似的化學(xué)/電化學(xué)特性,基于室溫鈉儲存技術(shù)的鈉離子儲能器件引起了人們的廣泛關(guān)注,是下一代低成本、大規(guī)模儲能的重要發(fā)展方向之一。氟磷酸釩鈉作為一種典型的鈉超離子導(dǎo)體(NASICON)結(jié)構(gòu)正極材料,具有工作電壓高(3.7 V)、理論容量大(128 mAh g~(-1))等優(yōu)點,但是較低的電子導(dǎo)電率限制了其在實際中的應(yīng)用。本論文通過與氧化石墨烯(GO)原位復(fù)合的策略,成功制備出Na_3(VOPO_4)_2F@rGO復(fù)合材料,極大提高了材料的倍率性能,并選擇合適的負(fù)極材料以及電解液,組裝成具有高能量密度和功率密度的鈉離子電池。具體研究內(nèi)容包括:(1)提出界面氧化還原自組裝的合成策略,通過水熱法原位制備出Na_3(VOPO_4)_2F@rGO復(fù)合材料,并確定了最優(yōu)化的GO添加量。通過X射線光電子能譜、紅外光譜和紫外光譜等表征手段細(xì)致研究了GO的添加對最終合成產(chǎn)物的影響,證明了隨著GO的添加量增加,產(chǎn)物逐漸由Na_3(VPO_4)_2F_3向Na_3(VOPO_4)_2F轉(zhuǎn)變,同時GO被還原成rGO。電化學(xué)測試表明該正極材料有著優(yōu)異的倍率性能(40C,80 mAh g~(-1))和循環(huán)穩(wěn)定性(1200圈,81%)。(2)以Na_3(VOPO_4)_2F@rGO為正極,分別與商用活性炭和鈦酸鈉陣列負(fù)極組裝成全電池。由于活性炭負(fù)極表現(xiàn)出較低的首圈庫倫效率以及較差的倍率性能,因此組裝的鈉離子混合電容器性能不是很好,還需要進(jìn)一步的優(yōu)化。鈦酸鈉陣列通過碳包覆和使用醚類電解液兩種策略來優(yōu)化性能。測試結(jié)果表明,在醚類電解液NaPF_6/DIGLYME中Na_3(VOPO_4)_2F@rGO正極與鈦酸鈉負(fù)極的倍率性能、循環(huán)性能(超過10000次循環(huán))都得到了極大的提升。組裝成的全電池表現(xiàn)出高能量密度(166.3 Wh kg~(-1))、高功率密度(7166.4 W kg~(-1))以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性(1100次循環(huán)后保持90%)。
【圖文】：

圖 1-1 鋰離子電池和鈉離子電池工作原理示意圖，以石墨和鈷酸鋰為例插層行為會表現(xiàn)出明顯不同的相互作用。鈉離子（r=1.02 ，C.59 ，CN=4）半徑大，極化小，，這對相行為（配位、晶格常數(shù)、有很大影響[17]。當(dāng)然，電極-電解質(zhì)界面的過程（電荷轉(zhuǎn)移、溶有區(qū)別，據(jù)計算鈉離子在各種有機溶液中的去溶劑化能量要比對鈉離子來說電荷轉(zhuǎn)移電阻較小，這可能會增強電極動力學(xué)[18]墨是一個有趣的例子，石墨很容易與鋰（或者鉀、銣、銫等其物，但鈉不能。鋁會與鋰形成合金，而不與鈉形成合金，這使可以用更廉價的鋁來取代銅集流體。在許多情況下，鈉取代鋰雜的氧化還原化學(xué)和相行為。Komaba 等人報導(dǎo)了另一個關(guān)于LiCrO2和 NaCrO2的晶體結(jié)構(gòu)非常相似，但前者在鋰電池中是

其中 Na 離子所處的配位多面體分別是八面體和三棱柱，如圖1-2(b, c)所示[23]。Na0.44MnO2是一種典型的正交結(jié)構(gòu)隧道型氧化物。Doeff 等人首次報道了Na0.44MnO2在聚合物電解質(zhì)電池中的儲鈉性能，該電極的可逆容量為 180 mAh g-1，但循環(huán)性能比較差[22]。曹等人報道了用聚合物熱解法制備單晶 Na0.44MnO2納米線，所得電極的可逆容量高達(dá) 128 mAh g-1，循環(huán)壽命超過 1000 次，Na0.44MnO2納米線優(yōu)異的性能得益于鈉離子擴散路徑的縮短和隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[24]。之后，許多不同納米結(jié)構(gòu)的
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM912

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2 ;中山大學(xué)研發(fā)出陽光驅(qū)動的可穿戴儲能器件[J];紡織科學(xué)研究;2019年02期

3 黃士飛;帖p

本文編號：2597141