【摘要】：近年來(lái),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(chǔ)存技術(shù)的鈉離子儲(chǔ)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(chǔ)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(diǎn),但是較低的電子導(dǎo)電率限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。本論文通過(guò)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?jī)?nèi)容包括:(1)提出界面氧化還原自組裝的合成策略,通過(guò)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(guò)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(duì)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(shí)GO被還原成rGO。電化學(xué)測(cè)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(kù)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(guò)碳包覆和使用醚類(lèi)電解液兩種策略來(lái)優(yōu)化性能。測(cè)試結(jié)果表明,在醚類(lèi)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(guò)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(huì)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(duì)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(guò)程（電荷轉(zhuǎn)移、溶有區(qū)別，據(jù)計(jì)算鈉離子在各種有機(jī)溶液中的去溶劑化能量要比對(duì)鈉離子來(lái)說(shuō)電荷轉(zhuǎn)移電阻較小，這可能會(huì)增強(qiáng)電極動(dòng)力學(xué)[18]墨是一個(gè)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(huì)與鋰形成合金，而不與鈉形成合金，這使可以用更廉價(jià)的鋁來(lái)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(bào)導(dǎo)了另一個(gè)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(bào)道了Na0.44MnO2在聚合物電解質(zhì)電池中的儲(chǔ)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(bào)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(guò) 1000 次，Na0.44MnO2納米線優(yōu)異的性能得益于鈉離子擴(kuò)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM912

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

3 黃士飛;帖p

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