【摘要】：隨著科技和社會的不斷發(fā)展,具有優(yōu)異電化學(xué)性能的鋰離子二次電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備和電動汽車等各個領(lǐng)域。然而,隨著大規(guī)模電力儲能領(lǐng)域的飛速發(fā)展,鋰元素儲量匱乏已不能滿足需求,加之鋰離子電池存在生產(chǎn)成本高、安全性不足等問題,發(fā)展新型能量存儲與轉(zhuǎn)換技術(shù)迫在眉睫。因此,與鋰離子電池工作原理相似的鈉離子電池受到了大家的廣泛關(guān)注。鈉與鋰屬于同一主族,化學(xué)性質(zhì)相似,且儲量豐富、價格低廉、安全性高,是鋰離子電池非常有潛力的替代品。而鈉離子半徑較大、鈉離子電池電極材料能量密度低、鈉離子脫嵌和擴(kuò)散動力學(xué)性能差限制其進(jìn)一步發(fā)展。現(xiàn)階段,相比于已取得良好發(fā)展的負(fù)極材料,發(fā)展具有鈉離子快速脫/嵌動力學(xué)、高比容量的鈉離子電池正極材料迫在眉睫。在目前已報道的鈉離子電池正極材料中,鐵基聚陰離子型化合物以其低成本、熱穩(wěn)定性優(yōu)異、安全性高、環(huán)境友好等優(yōu)勢受到人們的廣泛研究。這類化合物的晶體結(jié)構(gòu)多樣,能夠為鈉離子傳輸提供開放通道;組成化合物的一系列四面體或八面體陰離子結(jié)構(gòu)單元間由強(qiáng)共價鍵相連,并能組建三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),穩(wěn)定的聚陰離子框架結(jié)構(gòu)能夠使材料在充放電過程中表現(xiàn)出很好的耐過充性和循環(huán)穩(wěn)定性。然而,這種材料的電子電導(dǎo)率普遍較低,這會導(dǎo)致大電流密度下材料的充放電性能較差。因此,需要尋求一種簡便高效的方法來有效提高鐵基聚陰離子型化合物的電子電導(dǎo)率。本文主要以海藻酸鈉為模板,利用海藻酸鈉大分子的獨(dú)特結(jié)構(gòu),通過簡單的離子交換、冷凍干燥和碳化過程制備了一系列鐵基聚陰離子型化合物,并對其作為鈉離子電池正極材料的性能進(jìn)行研究:(1)以Na:Fe:P=3.12:2.44:4的摩爾比經(jīng)600℃碳化合成Na_(3.12)Fe_(2.44)(P_2O_7)_2/r-GO氣凝膠。鐵離子與海藻酸鈉中四個α-L-古羅糖醛酸鏈段螯合形成“蛋盒”結(jié)構(gòu),鈉離子被β-D-甘露糖醛酸鏈段中的羧基靜電吸附固定,可有效避免表面氧化。碳化后“蛋盒”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為金屬/碳的核殼結(jié)構(gòu),海藻酸鈉的碳骨架熱解轉(zhuǎn)化為三維多孔氣凝膠。用作鈉離子電池鐵基正極材料時,電流密度為0.1 C時可逆容量能達(dá)到116.1mAh g~(-1)。電流密度為20 C時,經(jīng)5000次恒流充放電循環(huán)后,仍有72.3 mAh g~(-1)的容量,容量保持率為88.82%。(2)以Na:Fe:P=1.8:1:1的摩爾比經(jīng)600℃碳化合成NaFePO_4/r-GO氣凝膠,掃描電鏡照片顯示NaFePO_4納米顆粒被均勻包封在三維多孔碳質(zhì)氣凝膠中。用作鈉離子電池鐵基正極材料時,電流密度為0.1 C時可逆容量為134.8 mAh g~(-1);電流密度為1 C時,初始放電容量為115.6 mAh g~(-1),經(jīng)300次恒流充放電循環(huán)后仍有113.2mAh g~(-1)的容量,容量保持率為97.92%;電流密度為10 C時,經(jīng)3000次恒流充放電循環(huán)后仍有79.7 mAh g~(-1)的容量,容量保持率為85.73%。(3)以Na:Fe:S=2:2:3的摩爾比經(jīng)350℃碳化合成Na_(2+2x)Fe_(2-x)(SO_4)_3/r-GO氣凝膠,用作鈉離子電池鐵基正極材料時,電流密度為0.1 C時可逆容量為84.2 mAh g~(-1);電流密度為1 C時初始放電容量為73.8 mAh g~(-1),經(jīng)200次恒流充放電循環(huán)后仍有63.3 mAh g~(-1)的容量,容量保持率為85.77%。
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ427.26;TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;中科院蘇州納米所等在高分子氣凝膠領(lǐng)域獲系列進(jìn)展[J];中國粉體工業(yè);2015年06期

2 潘晶晶;王京陽;;玩出來的新材料——?dú)饽z[J];自然雜志;2019年04期

3 樂弦;章婷;賈歡歡;李華鑫;向軍輝;;氣凝膠材料的發(fā)展趨勢與應(yīng)用前景[J];工程研究-跨學(xué)科視野中的工程;2017年06期

4 章婷;趙春林;樂弦;賈歡歡;向軍輝;;氣凝膠研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;2018年01期

5 張震;馮軍宗;姜勇剛;劉平;張秋華;衛(wèi)榮輝;陳翔;馮堅;;利用離子液體制備無機(jī)氣凝膠的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2018年09期

6 黎白鈺;李響;;氣凝膠的制備與應(yīng)用[J];廣東化工;2018年07期

7 王馨博;欒志強(qiáng);李凱;栗麗;唐騰飛;;氣凝膠在氣體吸附凈化中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2018年13期

8 李華鑫;趙春林;陳俊勇;章婷;樂弦;向軍輝;;氧化鋁氣凝膠研究進(jìn)展[J];金屬世界;2018年04期

9 羅抗磊;姜勇剛;馮軍宗;馮堅;;提高氧化硅氣凝膠耐溫性能的研究進(jìn)展[J];人工晶體學(xué)報;2016年10期

10 徐剛;張春梅;薛文超;劉學(xué)發(fā);李華;陳玉潔;劉河洲;;石墨烯及其氣凝膠的制備方法綜述[J];裝備制造技術(shù);2016年11期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張秀華;趙海雷;何方;仇衛(wèi)華;吳衛(wèi)江;;熱處理溫度對硅氣凝膠結(jié)構(gòu)的影響[A];第十三屆全國高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會摘要集[C];2004年

2 閆彭;杜艾;許維維;周斌;;異氰酸酯增強(qiáng)二氧化硅氣凝膠的力學(xué)性能[A];第十二屆全國核靶技術(shù)學(xué)術(shù)交流會會議論文摘要集[C];2013年

3 姚先周;胡子君;孫陳誠;李俊寧;張宏波;;二氧化硅氣凝膠微結(jié)構(gòu)的熱設(shè)計[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

4 鄧忠生;黃耀東;魏建東;楊靖;王玨;沈軍;陳玲燕;吳愛梅;;二氧化硅氣凝膠的表面修飾研究[A];第四屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

5 劉寧;湯麗鴛;沈璐璐;梁端怡;符若文;;有機(jī)氣凝膠的磺化研究[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

6 常智;趙海雷;何方;仇衛(wèi)華;周國治;曲選輝;;摻雜纖維的硅石氣凝膠的結(jié)構(gòu)與性能[A];華北地區(qū)硅酸鹽學(xué)會第八屆學(xué)術(shù)技術(shù)交流會論文集[C];2005年

7 邱堅;李堅;劉一星;;用于木材功能性改良的有機(jī)氣凝膠合成[A];納米材料與技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——第四屆全國納米材料會議論文集[C];2005年

8 潘學(xué)詩;劉明賢;甘禮華;徐子頡;郝志顯;李劍;陳龍武;;摻雜鋁對硅氣凝膠的結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性的影響[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

9 張波;蔣偉陽;周斌;沈軍;王玨;;硅氣凝膠中化學(xué)氣相沉積硅的光致發(fā)光[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1995年

10 王玨;沈軍;張波;蔣偉陽;陸獻(xiàn)平;;有機(jī)氣凝膠的熱傳輸機(jī)理研究[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1995年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 馮子建;推進(jìn)智能化改造 增輝“智造之都”建設(shè)[N];許昌日報;2019年

2 百川;氣凝膠實(shí)現(xiàn)低成本定制化生產(chǎn)[N];中國化工報;2015年

3 記者 周峰;北京華民天宇科技有限公司氣凝膠項目正式簽約落地[N];佳木斯日報;2019年

4 記者 劉曉倩;超級隔熱陶瓷氣凝膠可用于航天領(lǐng)域[N];中國科學(xué)報;2019年

5 記者 王越;新型陶瓷氣凝膠 有望隔熱保護(hù)航天器[N];哈爾濱日報;2019年

6 記者 孟婧 通訊員 唐璜;東南大學(xué)團(tuán)隊研制新型隔熱氣凝膠[N];江蘇科技報;2019年

7 記者 白雪峰;陽中新材氣凝膠:“爭分奪秒”加快施工[N];山西日報;2019年

8 張小晴;“氣凝膠”是怎樣煉成的[N];中國建材報;2019年

9 記者 謝峰 通訊員 李培媛;建工新材氣凝膠生產(chǎn)線投用[N];首都建設(shè)報;2019年

10 記者 劉霞;二氧化硅氣凝膠或讓火星變得宜居[N];科技日報;2019年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 姚芮;RF凍干氣凝膠及其復(fù)合材料的制備和能量儲存與傳輸性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

2 張石愚;氧化石墨烯的尺寸分離及其在纖維和氣凝膠中的應(yīng)用研究[D];蘇州大學(xué);2018年

3 郭麗敏;增強(qiáng)阻燃型納米纖維素基氣凝膠研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2018年

4 王曉宇;納米纖維素晶體和纖絲及其氣凝膠的制備與特性分析[D];南京林業(yè)大學(xué);2018年

5 王雪琴;彈性二氧化硅基納米纖維氣凝膠的制備及功能化應(yīng)用研究[D];東華大學(xué);2018年

6 高秋月;金屬硫化物氣凝肢的制備及其電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2019年

7 陳當(dāng)家;柔性橋聯(lián)型硅氧烷氣凝膠的常壓制備及性能調(diào)控[D];北京科技大學(xué);2019年

8 趙婉瑜;聚合物先驅(qū)體陶瓷氣凝膠的吸波性能調(diào)控及機(jī)理研究[D];鄭州大學(xué);2018年

9 馬海楠;聚合物改性二氧化硅氣凝膠的制備及性能研究[D];大連理工大學(xué);2018年

10 許孔亮;仿生二氧化錳氣凝膠的制備及性能研究[D];吉林大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 柳煬;超輕碳泡沫增強(qiáng)SiO_2氣凝膠的制備及性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2019年

2 衣曉彤;芳綸納米纖維/細(xì)菌纖維素復(fù)合氣凝膠的制備及性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

3 劉博瀚;基于海藻酸鈉的鐵基氣凝膠正極材料的合成及其儲鈉性能研究[D];青島大學(xué);2019年

4 張楠;用于電化學(xué)能源存儲與轉(zhuǎn)化的三維MXene氣凝膠構(gòu)筑與性能研究[D];大連理工大學(xué);2019年

5 翟界秀;常壓干燥制備淀粉-SiO_2氣凝膠的研究[D];大連理工大學(xué);2019年

6 吳奎;生物基碳質(zhì)氣凝膠的制備及其吸油性能研究[D];安慶師范大學(xué);2019年

7 趙悅;SiO_2基柔性氣凝膠及其復(fù)合材料制備與性能表征[D];北京交通大學(xué);2019年

8 李朋威;新型超輕隔熱氣凝膠泡l炷戀鬧票浮⒔Ｓ胗嘔痆D];廣州大學(xué);2019年

9 李昂;殼聚糖基氣凝膠的制備、改性及性能研究[D];海南大學(xué);2016年

10 王海英;表面功能化竹納米纖維素基氣凝膠的制備及其吸附水體中Cd~(2+)的性能研究[D];浙江農(nóng)林大學(xué);2019年

，

本文編號：2659556