為解決大規(guī)模的間歇性能源儲存問題,低成本、大規(guī)模的電化學(xué)儲能系統(tǒng)引起了人們的廣泛關(guān)注。鉀離子電池具有與鋰離子電池相同的“搖椅”式儲能原理,可以與石墨形成層間化合物KC8,對應(yīng)理論容量為279 mAhg-1。鉀資源豐富、易于獲得,更適用于構(gòu)建低成本、大規(guī)模電化學(xué)儲能系統(tǒng)。但是,K+的半徑大,嵌入石墨形成KC8,將產(chǎn)生～61%的體積膨脹。體積膨脹將影響、惡化電極的循環(huán)穩(wěn)定性。針對這一問題,本論文采用表面修飾和體積膨脹兩種過程,原子層沉積Al2O3對石墨表面修飾和對石墨進(jìn)行膨化處理,以實現(xiàn)鉀離子石墨負(fù)極的性能優(yōu)化。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用Al2O3原子層沉積(ALD)工藝對石墨表面進(jìn)行修飾。電化學(xué)分析表明,Al2O3-ALD石墨的K+儲存循環(huán)穩(wěn)定性有明顯改善,50mA/g電流密度下循環(huán)50周,比容量為223 mAh/g原始石墨負(fù)極比容量為92 mAh/g,提高了 2.26倍�；陔娀瘜W(xué)分析過程,進(jìn)一步采用非原位XRD,TEM和SEM等表征手段,證明Al2O3涂層有助于保持K+嵌入/脫出過程中固態(tài)電極界面膜的穩(wěn)定性,使得石墨負(fù)極鉀離子儲存循環(huán)穩(wěn)定性得到了改善。(2)采用熱膨脹過程,以膨脹石墨為原料,獲得多孔石墨材料。多孔結(jié)構(gòu)將有利于緩沖鉀離子嵌入/脫出的體積變化,進(jìn)而提升石墨負(fù)極K+存儲的循環(huán)穩(wěn)定性。基于這一思路,比較分析了不同溫度下膨脹石墨的K-存儲性能。800℃膨脹石墨在50mA/g電流密度下,顯示出第一圈的充電和放電比容量分別為210.3mAh/g和476.9mAh/g,即庫倫效率是44%。在50次循環(huán)的電化學(xué)循環(huán)后,仍然可以保持120.6 mAh/g的可逆比容量。與在400℃和600℃下處理的膨脹石墨相比,鉀儲存容量大大提高。
【學(xué)位單位】：天津師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM912;TB302
【部分圖文】：

鉀離子電池的工作原理圖

圖１－２鉀離子電池負(fù)極材料性能概述，其中，鋰離子電池和鈉離子電池的相逡逑關(guān)負(fù)極材料用于比較｜９］逡逑１．３．１

圖１－５鉀離子電池正極材料的性能概述，鋰和鈉離子電池的相關(guān)正極材料用于比逡逑較ｍ逡逑

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本文編號：2816867