時代變革,隨著科學技術(shù)的進步,各類新能源儲能系統(tǒng)逐漸投入使用。隨著電動汽車和大規(guī)模儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展,加快開發(fā)新一代具有高能量密度的電池已經(jīng)成為了當今社會的共識。在眾多的電池負極材料中,鈉金屬負極由于具有較低的氧化還原電勢和較高的理論容量而被認為是理想的下一代的負極材料。然而,鈉金屬負極存在著反應活性較高、容易與電解液反應等問題,此外,鈉金屬負極在電池的循環(huán)過程中會產(chǎn)生鈉枝晶,鈉枝晶的產(chǎn)生會導致電池容量降低,體積膨脹等問題,還可能引發(fā)電池爆炸,產(chǎn)生安全隱患。鈉枝晶的產(chǎn)生也是目前鈉金屬負極最突出的問題,極大地阻礙了鈉金屬電池的發(fā)展。研究表明,構(gòu)建穩(wěn)定均勻的人工固態(tài)電解質(zhì)界面膜是一種能有效改善鈉枝晶問題的方法,基于這一思路,本文研究了具有雙層復合保護層的銅集流體對鈉金屬負極性能的改善效果。本文使用簡單的旋涂法,在純銅集流體表面制備分別涂上了兩層不同的保護層,其中,底層為Al2O3層,頂層為聚偏氟乙烯（PVDF）層（簡稱為Cu@APDL）。雙層保護層中,底層的Al2O3層具有較高的機械模量,可以有效抑制鈉枝晶的生長,頂層柔性的PVDF層可以緩解循環(huán)過程中負極表面的體積變化,兩層保護層共... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Na-O2電池工作原理[28]

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文-4-Hartmann等人[22]首次報道了固態(tài)NaO2是唯一放電產(chǎn)物的Na-O2電池，該電池的理論放電電壓低于2.5V，經(jīng)循環(huán)測試發(fā)現(xiàn)，該電池首次循環(huán)放電平臺約出現(xiàn)在2.2V左右，首次循環(huán)的充電平臺出現(xiàn)在2.3V左右，這展現(xiàn)了該電池良好的可逆性能。近年來，Zhao等人[23]發(fā)現(xiàn)，在靜止的氧氣氛圍中，NaO2將會是Na-O2電池的主要放電產(chǎn)物，而在流動的氧氣分為中，NaO2H2O將會是Na-O2電池的主要放電產(chǎn)物。除以上研究之外，還有研究報道了Na-O2電池的主要放電產(chǎn)物還能是NaO2及Na2O2的組合或是Na2CO3[24-26]。理論計算也被應用于預測Na-O2電池的可能產(chǎn)物[27]。目前，Na-O2電池的放電產(chǎn)物的構(gòu)成還存在著較大的爭議。圖1-1Na-O2電池工作原理[28]圖1-2Na-O2電池面臨的問題[28]

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文-6-負極，與鋰金屬負極類似，鈉金屬負極也面臨著一些問題和挑戰(zhàn)，主要為以下幾點。圖1-3鈉金屬電池存在的問題[38]在循環(huán)過程中，在充電階段，Na+會接受外電路傳輸而來的電子而形成Na而沉積在負極上[15]。與鋰離子的電化學沉積過程類似，有多種因素能影響鈉枝晶的生長，如電流密度、離子遷移率、電解液及沉積能力等等[15,39-41]，研究表明枝晶的周圍環(huán)境，如電解質(zhì)的成分及性質(zhì)、電流密度及固體電解質(zhì)界面膜等因素，能對枝晶的生長產(chǎn)生非常大的影響。通常來說，高的電流密度容易促進枝晶的生長，枝晶一旦形成，將會對電池的性能產(chǎn)生極大的影響。鈉枝晶的不斷生長最后將會刺穿隔膜而導致短路，造成安全隱患。固體電解質(zhì)界面膜（即SEI膜）也是一種可能影響鈉枝晶生長的關(guān)鍵因素。固體電解質(zhì)界面膜并非是均勻的，不均勻的固體電解質(zhì)界面膜導致了鈉離子的不均勻傳輸，這就導致了鈉枝晶的形成及生長。近年的研究對不同維度的枝晶都進行了探究，如一維針狀的枝晶，三維的苔蘚狀及樹枝狀的枝晶[42,43]。針狀的枝晶和樹枝狀的枝晶都有可能導致電池短路從而引發(fā)安全問題，苔蘚狀的枝晶傾向于向多方向生長，這通常會導致“死鈉”的產(chǎn)生。不管是哪一種枝晶，一旦枝晶形成并生長，電池的性能都會被嚴重影響。大多數(shù)的電極都會存在體積變化這一問題，這也是決定一種電極材料能否

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Advanced Na metal anodes[J]. Chenglong Zhao,Yaxiang Lu,Jinming Yue,Du Pan,Yuruo Qi,Yong-Sheng Hu,Liquan Chen.  Journal of Energy Chemistry. 2018(06)
[2]鈉電池的研究與開發(fā)現(xiàn)狀[J]. 胡英瑛,溫兆銀,芮琨,吳相偉.  儲能科學與技術(shù). 2013(02)



本文編號：2935770