【摘要】：21世紀(jì)以來(lái),隨著全球污染的加劇,能源需求的增加,以及動(dòng)力汽車和便攜式電子設(shè)備的發(fā)展,對(duì)于堿性二次電池與鋰離子電池等儲(chǔ)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)對(duì)社會(huì)發(fā)展具有重大意義。本文制備出{110}晶面暴露和{001}晶面暴露的BiOCl電極材料,將其分別作為堿性二次電池和鋰離子電池的電極材料,然后制備出三種不同晶相的鉬酸鉍材料作為鋰離子電池電極材料,并研究各種電極材料的電化學(xué)性能。本論文的主要內(nèi)容如下:1.以硝酸鉍和氯化鉀為原料,在室溫下通過(guò)水解法分別制備了 {001}晶面和{110}晶面暴露的BiOCl材料。通過(guò)X射線衍射和透射電鏡確認(rèn)了兩種材料為{001}和{110}晶面暴露,并通過(guò)掃描電鏡表征確認(rèn)了兩種材料的納米片形貌結(jié)構(gòu)。將兩種材料分別與氫氧化鎳對(duì)電極組裝成Ni/Bi堿性二次電池,來(lái)研究和比較兩種材料的電化學(xué)性能。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明{110}晶面暴露的BiOCl電極材料在0.5A g-1電流密度下的比容量為213.4 mAh g-1,在5 Ag-1時(shí)的容量為162.5 mAh g-1；在2Ag-1電流密度下循環(huán)500次,容量保留率為73%,展現(xiàn)了比{001}晶面暴露的BiOCl材料更好的電化學(xué)性能。2.以金屬鋰為對(duì)電極,研究了所制備的{001}面和{110}面暴露的BiOCl電極材料在鋰離子電池中的電化學(xué)性能。通過(guò)比較,發(fā)現(xiàn){110}晶面暴露的BiOCl材料具有更高的可逆比容量和更優(yōu)的倍率性能。這可能是因?yàn)閧110}高能晶面暴露的BiOCl電極材料為鋰離子嵌入/脫出反應(yīng)提供了更多的活性位點(diǎn),同時(shí)縮短了鋰離子遷移通道而導(dǎo)致的。3.以硝酸鉍和鉬酸鈉為原料,通過(guò)水熱法制備了三種不同晶相的鉬酸鉍材料:α-Bi2Mo3012,β-Bi2Mo209和γ-Bi2Mo06,并以金屬鋰為對(duì)電極,研究并比較了三種電極材料在鋰離子電池中的電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)3個(gè)樣品在鋰離子電池中均具有良好的電化學(xué)活性,在0.7 V有一個(gè)穩(wěn)定的放電平臺(tái),適于充當(dāng)鋰離子電池負(fù)極材料。通過(guò)對(duì)3種材料的電化學(xué)性能進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)γ-Bi2MO06材料擁有更高的比容量和更好的倍率性能,這是因?yàn)棣?Bi2MO06材料的層狀晶體結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)i+的嵌入/脫出反應(yīng)提供了更多的離子通道。
【圖文】：

王丹使用葡萄糖作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，將Ｂｉ２0３納米棒和鹽酸在１６０°Ｃ下反應(yīng)１５ｈ，逡逑得到了暴露｛１１０｝晶面的一維Ｂｉ0ａ材料，并研究了其在紫外光下對(duì)羅丹明Ｂ的光逡逑催化性能。如圖３．１所示，作為一種層狀結(jié)構(gòu)的電化學(xué)活性材料，ＢｉＯＣｌ的｛００１｝逡逑晶面的０原子密度遠(yuǎn)高于｛１１０｝晶面，相比之下｛１１０｝晶面中更高的Ｂｉ原子密度可逡逑能會(huì)為電極反應(yīng)提供更多的活性位點(diǎn)，因此不同晶面暴露的ＢｉＯＣｌ電極材料可能逡逑會(huì)有電化學(xué)性能上的差異。然而對(duì)于不同晶面暴露的ＢｉＯＣｌ的電化學(xué)性能研究和逡逑比較則未見(jiàn)報(bào)道。逡逑基于以上研宄背景，在本章中，我們以硝酸鉍和氯化鉀為原料，用葡荀糖作逡逑為晶面調(diào)控劑，通過(guò)簡(jiǎn)單的常溫水解法分別合成了邋｛００１｝和｛１１０｝晶面暴露的逡逑ＢｉＯＣｌ材料，通過(guò)ＸＲＤ和ＴＥＭ等表征手段確認(rèn)了材料的表面結(jié)構(gòu)和晶面暴露情逡逑況，并將其與Ｎｉ（ＯＨ）２組裝成堿性二次電池，研宄和比較了兩種材料的電化學(xué)性逡逑能。逡逑１３逡逑

圖３．５邋ＢＯＣ－００１和ＢＯＣ－１１０的循環(huán)伏安測(cè)試圖逡逑３．３．４．２恒流充放電測(cè)試逡逑圖３．６和３．７分別展示了兩個(gè)電極分別在不同電流密度下的恒流充放電曲線。逡逑根據(jù)測(cè)試結(jié)果，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，，ＢＯＣ－００丨在０．５Ａｇ－、ｌＡｇ－１，２Ａｇ＇邋５Ａ＃逡逑下的比容量分別為１６７．６，１５３．４，邋１３６．２，１０３．３邋ｍＡｈ邋ｇ－１，而ＢＯＣ－１１０的比容量逡逑分別為邋２１３．４，２０３．９，１９６．３邋和邋１６２．５邋ｍＡｈ邋ｇ－１，均高于邋ＢＯＣ－００１，這說(shuō)明了邋ＢＯＣ－１１０逡逑在不同電流密度下都具有比ＢＯＣ－００１更高的比容量。在５Ａ＃下，ＢＯＣ－００１的逡逑容量保留率為６１％，而ＢＯＣ－１１０的容量保留率為７６．１％，展現(xiàn)了更好的倍率性逡逑能。以上對(duì)于恒流充放電測(cè)試得出的結(jié)論均與ＣＶ測(cè)試結(jié)果相一致。對(duì)于ＢｉＯＣｌ逡逑這種層狀結(jié)構(gòu)的材料而言，ＢＯＣ－１１０樣品更小的粒徑和｛１１０｝高能晶面暴露為電逡逑極反應(yīng)提供了更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)和更短的離子擴(kuò)散路徑，因此有效提升了電極逡逑材料的容量和倍率性能。逡逑１８逡逑
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ135.32;TM912

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 丁玲;;電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池發(fā)展綜述[J];電源技術(shù);2015年07期

2 姜巍;吳耀明;程勇;王立民;;鎳鐵電池的工業(yè)應(yīng)用及最新研究進(jìn)展[J];應(yīng)用化學(xué);2014年07期

本文編號(hào)：2611480