本文選題：中空核殼結(jié)構(gòu) + 摻雜��； 參考：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著氣候變化以及可用化石能源的不斷減少,現(xiàn)代社會(huì)開始逐漸尋求利用可持續(xù)以及可再生能源(例如風(fēng)能、太陽能)。為了更高效的利用這些可再生能源,能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開發(fā)也變得越來越重要。電化學(xué)儲(chǔ)能裝置由于有較高的能量轉(zhuǎn)換效率受到研究者的廣泛關(guān)注。典型的電化學(xué)儲(chǔ)能器件為鋰離子電池與超級(jí)電容器,它們被大量應(yīng)用在便攜式電子產(chǎn)品、混合電動(dòng)汽車以及大型工業(yè)設(shè)備上,這些都需要器件具有較高的能量密度、功率密度和長循環(huán)壽命,而其優(yōu)異性能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素為電極材料的設(shè)計(jì)及改性。過渡金屬氧化物不僅具有較好的儲(chǔ)鋰能力而且還具有良好的贗電容性質(zhì)。其中,三氧化二錳有較高的的理論比容量(1018 mA h g~(-1)),環(huán)境友好,儲(chǔ)量豐富,是一種比較有前景的鋰電池電極材料;碳酸錳制備簡(jiǎn)單,成本低廉,贗電容性能優(yōu)良。但是三氧化二錳的電導(dǎo)率較低,充放電過程中由于鋰脫嵌帶來的體積變化通常會(huì)導(dǎo)致其倍率性能差,循環(huán)壽命低;同樣碳酸錳也存在導(dǎo)電性較差的問題�；谏鲜鰡栴},如何對(duì)材料進(jìn)行合理地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及改性對(duì)于提高器件的電化學(xué)儲(chǔ)能性能具有重要意義。本論文旨在通過對(duì)電極材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及改性研究,為發(fā)展制備性能優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)能材料提供有益的探索。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)采用模板法合成了具有中空的三氧化二錳核殼結(jié)構(gòu)。透射電子顯微鏡的表征表明合成的三氧化二錳材料是由尺寸均一的納米粒子自組裝的微球,核與殼之間具有明顯的中空部分,外層的殼壁厚均勻。同時(shí)研究了該核殼結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:中空的三氧化二錳核殼結(jié)構(gòu)作為鋰電池的電極材料,其初始放電比容量為1198mahg~(-1),在1ag~(-1)的電流密度下循環(huán)600圈后比容量為620mahg~(-1),高于其它文獻(xiàn)報(bào)道的相似中空結(jié)構(gòu)。此外材料還擁有不錯(cuò)的倍率性能。(2)通過簡(jiǎn)單的溶劑熱方法合成了摻雜鎳的碳酸錳實(shí)心微球和純的碳酸錳微球。通過xrd、eds元素分布等相關(guān)的表征,證明了鎳的成功摻雜。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:摻雜鎳的碳酸錳是一種可逆性較好的贗電容機(jī)制電極材料。與純碳酸錳相比,其內(nèi)阻更小,電導(dǎo)率得到提升。在電流密度為1ag~(-1)時(shí)其比電容值為510fg~(-1),是同等測(cè)試條件下純碳酸錳電容的兩倍。在10ag~(-1)的電流密度下比容量仍可達(dá)到367fg~(-1),顯示了較好的倍率性能。在5ag~(-1)的大電流密度下循環(huán)3000圈其容量保持率為85.8%。將摻雜鎳的碳酸錳與活性炭材料組裝成全電容,可成功點(diǎn)亮一組led燈,證明了該材料的實(shí)際應(yīng)用潛力,同時(shí)也證明摻雜是一種能夠提升金屬碳酸物電極材料儲(chǔ)能性能的有效手段。
[Abstract]:With climate change and the declining availability of fossil energy, modern societies are increasingly seeking to use sustainable and renewable energy sources such as wind and solar energy. In order to utilize these renewable energy more efficiently, the development of energy storage system becomes more and more important. Electrochemical energy storage devices have attracted much attention due to their high energy conversion efficiency. Typical electrochemical energy storage devices are lithium ion batteries and supercapacitors, which are widely used in portable electronics, hybrid electric vehicles and large industrial equipment, all of which require high energy density. The design and modification of electrode materials are the key factors of power density and long cycle life. Transition metal oxides not only have good lithium storage capacity but also have good pseudo-capacitance properties. Among them, manganese trioxide has high theoretical specific capacity (1018mA / h), friendly environment and abundant reserves, it is a promising electrode material for lithium battery, and manganese carbonate has simple preparation, low cost and good pseudo-capacitance performance. However, the conductivity of manganese trioxide is low, and the volume change caused by lithium deintercalation usually leads to poor performance and low cycle life of manganese trioxide. Similarly, manganese carbonate also has the problem of poor conductivity. Based on the above problems, it is very important to design and modify the materials reasonably for improving the electrochemical energy storage performance of the devices. The purpose of this paper is to provide a useful exploration for the development of electrochemical energy storage materials with excellent performance through simple structural design and modification of electrode materials. The main contents of this thesis are as follows: (1) the hollow manganese oxide core-shell structure was synthesized by template method. The characterization of transmission electron microscope shows that the synthesized manganese trioxide material is a self-assembled microsphere of uniform size nanoparticles, with an obvious hollow part between the core and the shell, and the outer shell wall thickness is uniform. The formation mechanism of the core-shell structure is also studied. The results of electrochemical measurements show that the hollow manganese oxide core-shell structure is used as electrode material for lithium batteries, its initial discharge specific capacity is 1198mah / g ~ (-1), and the specific capacity is 620mah / g ~ (-1), which is higher than the similar hollow structure reported in other literatures at current density of 600 cycles. In addition, the material also has good rate performance. 2) Nickel doped manganese carbonate solid microspheres and pure manganese carbonate microspheres were synthesized by a simple solvothermal method. The successful doping of nickel was proved by the related characterization of the distribution of xrdleds elements. The electrochemical results show that the nickel doped manganese carbonate is a good reversibility pseudo-capacitance mechanism electrode material. Compared with pure manganese carbonate, its internal resistance is smaller and its conductivity is improved. When the current density is 1 g / 1), the specific capacitance is 510fg ~ (-1), which is twice as high as the capacitance of pure manganese carbonate under the same test conditions. At the current density of 10g ~ (-1), the specific capacity can still reach 367fg ~ (-1), which shows good rate performance. The capacity retention rate of 3000 cycles at high current density is 85.8. When the nickel doped manganese carbonate and activated carbon material are assembled into full capacitors, a group of led lamps can be illuminated successfully, which proves the practical application potential of the material. It is also proved that doping is an effective means to improve the energy storage performance of metal carbonated electrode materials.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ137.12;TM912;TM53

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 懷永建;林子吉;胡學(xué)步;鄧正華;索繼栓;;一種活性炭比容量的測(cè)試[J];合成化學(xué);2007年S1期

2 劉海東;孫俊;畢紅;;具有微/納多孔結(jié)構(gòu)的海膽狀NiO的制備及其比容量研究[J];功能材料;2011年03期

3 蘇玉長,肖代紅,陳鼎,杜若昕;LiMn_2O_4的高溫比容量衰減研究[J];廣州化學(xué);2000年03期

4 劉欣;趙海雷;解晶瑩;湯衛(wèi)平;潘延林;呂鵬鵬;;鋰離子電池高比容量負(fù)極用粘結(jié)劑[J];化學(xué)進(jìn)展;2013年08期

5 劉芳,周震濤,雷鳴,應(yīng)曉,楊洪業(yè),潘慧銘;（NH_4）_2S_2O_8體系聚苯胺的合成及其比容量的研究[J];塑料工業(yè);1996年06期

6 盧俊彪,唐子龍,張中太,沈萬慈;LiFePO_4材料的制備與電池性能的研究[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2005年03期

7 ;硫納米森林做電極創(chuàng)電池質(zhì)量比容量紀(jì)錄[J];功能材料信息;2012年04期

8 ;高比容量形截面長絲[J];合成纖維;1978年06期

9 趙瑞瑞;朱利敏;錢江鋒;楊漢西;;苯胺-鄰硝基苯胺共聚物——高比容量鋰二次電池新型正極材料[J];電化學(xué);2012年04期

10 吳寧寧;宋文娥;安富強(qiáng);劉建紅;田文懷;;Al離子摻雜對(duì)LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4高電壓材料性能的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2012年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前6條

1 懷永建;林子吉;胡學(xué)步;鄧正華;索繼栓;;一種活性炭比容量的測(cè)試[A];第二屆中國儲(chǔ)能與動(dòng)力電池及其關(guān)鍵材料學(xué)術(shù)研討與技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

2 梁逵;葉江海;胡軍;;炭材料對(duì)鋰硫電池正極比容量的影響[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

3 張秋美;鄧遠(yuǎn)富;施志聰;陳國華;;高比容量過渡金屬氧化物負(fù)極材料的合成及電化學(xué)性能[A];第29屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

4 曾紹忠;;高比容量硅基負(fù)極材料研究進(jìn)展[A];2012安徽省汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2012年

5 王接喜;王志興;李新海;郭華軍;;富鎳高容量鋰離子電池正極材料研究進(jìn)展[A];第29屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

6 朱丁;劉恒;;球殼型V_2O_5的制備及電池材料性能研究[A];第二屆中國儲(chǔ)能與動(dòng)力電池及其關(guān)鍵材料學(xué)術(shù)研討與技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 記者 李山;硫納米森林做電極創(chuàng)電池質(zhì)量比容量紀(jì)錄[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

2 記者 喻凱芳;維科成功研發(fā)高比容量聚合物鋰電池[N];寧波日?qǐng)?bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 孫開蓮;二次鋰電池正負(fù)極材料制備與性能研究[D];上海大學(xué);2015年

2 邱磊;聚陰離子纖維素鹽在鋰電池材料上的應(yīng)用研究[D];北京理工大學(xué);2015年

3 袁天執(zhí);高性能金屬氧化物基鋰離子電池負(fù)極材料的制備與電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2016年

4 楊旭;高比容量錫基負(fù)極材料的合成與電化學(xué)儲(chǔ)能性質(zhì)的研究[D];吉林大學(xué);2016年

5 程斌;鋰/鈉離子電池電極材料磷酸釩鋰/鈉的制備及表征[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

6 曾令興;新型介孔復(fù)合納米結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能材料及其性能研究[D];福州大學(xué);2014年

7 杜飛虎;高容量鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究[D];上海交通大學(xué);2015年

8 鄒崴;鈉/鋰離子電池負(fù)極材料的制備與改性研究[D];電子科技大學(xué);2016年

9 杜雪飛;高比容量鋰離子電池電極材料制備及電化學(xué)性能的研究[D];北京科技大學(xué);2017年

10 李文武;新型鍺基、磷基大容量鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];華中科技大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李蒙;鎳—鈷—錳基氫氧化物材料的制備及其超級(jí)電容性能研究[D];鄭州大學(xué);2015年

2 萬忠明;多級(jí)微球結(jié)構(gòu)二硫化鉬/碳的制備及儲(chǔ)鋰性能研究[D];蘇州大學(xué);2015年

3 高金龍;鋰離子電池負(fù)極材料TiNb_2O_7的制備及摻雜改性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 彭振桓;高比容量鋰硫電池正極硫@導(dǎo)電復(fù)合材料的制備與電化學(xué)研究[D];上海大學(xué);2015年

5 朱林;基于碳/硫復(fù)合正極材料高性能鋰硫電池研究[D];曲阜師范大學(xué);2015年

6 王繼偉;自支撐氧化鈷納米結(jié)構(gòu)鋰離子電池負(fù)極材料研究[D];蘇州大學(xué);2015年

7 周震芳;多孔氮摻雜炭基納米材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];青島科技大學(xué);2015年

8 方澤煒;過渡金屬氧化物/納米碳的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究[D];天津大學(xué);2014年

9 姜穎;基于超順排碳納米管的鋰硫電池研究[D];清華大學(xué);2015年

10 張乾;基于錳氧化物復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];上海大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1820010