隨著工業(yè)的快速發(fā)展,全球能源需求日益劇增,而傳統(tǒng)化石燃料的供應(yīng)面臨著氣候、環(huán)境、資源方面的挑戰(zhàn),難以為繼。開(kāi)發(fā)清潔可再生能源是解決全球能源危機(jī)核心戰(zhàn)略,而實(shí)現(xiàn)清潔能源發(fā)電并網(wǎng)的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)。傳統(tǒng)的鋰離子電池受其成本和安全性能等方面的影響無(wú)法滿足大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求,開(kāi)發(fā)低成本、高效率的新型離子電池對(duì)于清潔能源的利用意義重大。近期,研究者發(fā)現(xiàn)石墨能夠?qū)崿F(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)鉀,這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使得鉀離子電池體系引起了人們的關(guān)注。因其資源豐富、成本低等優(yōu)勢(shì),鉀離子電池被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能的最具前景的二次電池之一。由于石墨負(fù)極已經(jīng)在鉀離子電池中成功應(yīng)用,現(xiàn)階段鉀離子電池研發(fā)的重心是設(shè)計(jì)合適的正極材料。在正極材料中往往發(fā)生的是離子嵌入式反應(yīng),而鉀離子的半徑和原子量較大,其在常規(guī)宿主材料內(nèi)部嵌入/脫出的過(guò)程中會(huì)引起宿主材料的結(jié)構(gòu)畸變乃至坍塌,導(dǎo)致材料的容量低、循環(huán)壽命短、倍率性能差,嚴(yán)重限制了鉀離子電池的性能。因此,在鉀離子電池發(fā)展的初級(jí)階段,開(kāi)發(fā)低成本、高容量、循環(huán)穩(wěn)定的正極材料對(duì)于鉀離子電池的實(shí)際應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義和研究?jī)r(jià)值。本論文工作以大層間距和大框架結(jié)構(gòu)的化合物為研究對(duì)象,探索其在鉀離子... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：116 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可再生能源并網(wǎng)的原理圖

第 1 章 緒論爾濃度為 1 mol L-1的混合溶液體系，其中酯類的溶劑主要包括碳酸乙烯酯，碳酸丙酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯等[38,39]。鋰離子電池采用“搖椅式”的作方式來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)與釋放[40]。如圖 1.2 所示，在電池充電過(guò)程中，鋰離子從極中脫出進(jìn)入電解液中，并通過(guò)電解液遷移到負(fù)極處，在外部的電子作用下，以鋰子的方式沉積到石墨的碳層間。在放電過(guò)程中，鋰離子從負(fù)極脫出經(jīng)過(guò)電解液嵌入極中。

離子電池的反應(yīng)機(jī)理會(huì)與鋰電的反應(yīng)機(jī)理不盡相同，往往會(huì)更加復(fù)雜[62,63]。雖然，離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能方面展現(xiàn)出誘人的前景，但由于鉀離子電池的開(kāi)發(fā)還處在起階段，需要克服的技術(shù)難題仍很多，未來(lái)鉀離子電池的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。1.4 鉀離子電池負(fù)極材料負(fù)極材料是電池的關(guān)鍵部件，在很大程度上決定了電池系統(tǒng)的特性和實(shí)用性。同于金屬鋰，金屬鉀極其活潑，在大多數(shù)有機(jī)電解質(zhì)中都會(huì)生成不穩(wěn)定的鈍化層，此金屬鉀并不適合作為鉀離子電池的負(fù)極[64,65]。研究低電位、高容量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的極材料是發(fā)展鉀離子電池的迫切需求。然而，由于鉀離子的尺寸較大，原子量較高鉀離子電池對(duì)于材料的結(jié)構(gòu)和種類提出了更高的要求。圖 1.3 總結(jié)了已報(bào)到的各種負(fù)材料的電化學(xué)性能。從圖中可以看出，目前研究的鉀離子電池負(fù)極材料主要包括碳負(fù)極材料[66-81]、合金類負(fù)極材料[82-91]，有機(jī)負(fù)極材料[92-94]和其他類型的負(fù)極材料[95-106


本文編號(hào)：3437939