本文關鍵詞：層狀鈦酸鹽的結構構筑和儲鈉性能研究

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【摘要】：隨著社會對綠色能源的需求,鋰離子電池已得到了迅速的發(fā)展及廣泛的應用,電動汽車和大規(guī)模儲能的應用勢必會造成鋰元素的相對短缺,探索具有優(yōu)異電化學性能的鈉離子電池已經成為當今二次電池領域的一個熱點。本文旨在通過鈦酸鹽為前驅體,構筑新型亂序片層堆疊的二氧化鈦(TiO2)/石墨烯復合材料作為鈉離子電池負極材料,主要內容和結果如下:首先以熔融鹽法合成鈦酸鋰鉀前驅體,然后通過H+質子交換、有機胺剝離合成得到H1.08Ti1.73O4·H2O(HTO)納米片,采用XRD、SEM、TEM等手段對材料進行表征,測試結果表明HTO在有機胺中得到了較好的剝離,納米片狀結構均勻,納米片層厚度為數(shù)十納米,橫向寬度卻延伸至微米級別,能夠滿足本論文中作為負極材料前驅體的要求。制備的HTO懸濁液與石墨烯材料均勻混合,然后經過冷凍干燥及熱處理工序,首次合成了亂序片層堆疊的HTO/石墨烯復合材料。通過調節(jié)二氧化鈦與石墨烯的質量比和熱處理溫度,深入研究了TiO2/石墨烯復合材料的儲鈉電化學性能。研究表明,復合材料的最佳質量比為9:1,最佳熱處理溫度為400℃。具有最佳電化學性能的TiO2/還原石墨烯(RGO)復合材料首次充電比容量高達268 mA h g-1,首次庫倫效率為55.2%,循環(huán)30圈后可逆容量保持在187.9 mA h g-1,容量保持率為76.7%,不同電流密度充放電測試也顯示出該材料具有優(yōu)異的倍率性能。進一步研究表明,TiO2/RGO復合材料的儲鈉容量貢獻主要來自于TiO2(銳鈦礦相)、石墨烯、復合材料表面缺陷儲鈉位點三個因素。另外,氧化石墨烯還原后其ID/IG比值降低,石墨烯層內缺陷及層間距減少,理論上石墨烯儲鈉容量相應減少,但還原石墨烯同時增加了復合材料的導電性,降低了電極材料的內阻,材料的可逆容量以及倍率性能卻得到明顯提高。本論文通過主動改變層狀鈦酸鹽的層間結構來調控其儲鈉空間和儲鈉性能,研究其儲鈉機理,其結果為優(yōu)化層狀鈦酸鹽的儲鈉性能提供了一條新的途徑,為探索其它儲鈉電極材料提供了實驗和理論指導。
【關鍵詞】：鈉離子電池 負極材料 冷凍干燥 二氧化鈦 石墨烯 復合材料
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 鈉離子電池的工作原理及特點10-11
• 1.3 鈉離子電池負極材料研究進展11-18
• 1.4 研究內容和意義18-20
• 2 實驗原料及方法20-27
• 2.1 實驗原料及試劑20-21
• 2.2 實驗方法21-24
• 2.3 材料表征測試方法24-27
• 3 HTO納米片的的制備實驗27-34
• 3.1 引言27
• 3.2 熔融鹽法合成K_(0.81)TI_(1.73)LI_(0.27)O_427-29
• 3.3 質子交換制備H_(1.08)TI_(1.73)O_4·H_2O（HTO）29-31
• 3.4 正丙胺剝離制備HTO納米片31-33
• 3.5 實驗小結33-34
• 4 HTO/石墨烯復合材料的結構構筑和性能研究34-53
• 4.1 引言34
• 4.2 HTO/GO復合材料的合成和結構研究34-39
• 4.3 TIO_2/GO復合材料的儲鈉性能39-43
• 4.4 HTO/RGO復合材料的合成和結構研究43-47
• 4.5 TIO_2/RGO復合材料的儲鈉性能47-51
• 4.6 實驗小結51-53
• 5 結論與展望53-55
• 5.1 結論53
• 5.2 展望53-55
• 致謝55-56
• 參考文獻56-60

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 伍浩松;美國科學家發(fā)現(xiàn)新型耐輻射材料[J];國外核新聞;2000年11期

2 h斗己貧，

本文編號：707159