【摘要】：水系鋁離子電池因其安全性能良好、電解液制作簡(jiǎn)單無毒、導(dǎo)電率高和環(huán)境友好而成為目前的研究熱點(diǎn)。本論文以三氧化鉬為主要研究對(duì)象,探索了其在水系鋁離子電池中的電化學(xué)性能,并通過結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)其電化學(xué)儲(chǔ)鋁性能進(jìn)行優(yōu)化,主要內(nèi)容包括:1.MoO_3納米帶。以鉬粉為原材料,H_2O_2為氧化劑,通過高溫水熱,得到MoO_3納米帶。在1 mol L~(-1) AlCl_3中測(cè)試MoO_3納米帶的電化學(xué)性能,可知其CV曲線有三對(duì)明顯的氧化還原峰,證明在充放電過程中,存在Al~(3+)的嵌入和脫出,其可以作為水系鋁離子電池負(fù)極材料。在電流密度為1 A g~(-1)時(shí),循環(huán)5000次后,能夠保持49.2 mA h g~(-1)的可逆比容量。在5 A g~(-1)的電流密度下,循環(huán)20000次后,MoO_3//rGO全電池可保持65.6mA h g~(-1)的可逆比容量(以MoO_3納米帶活性物質(zhì)的量計(jì)算)。2.MoO_(3-x)納米帶。以乙醇作為還原劑,通過高溫水熱,制備含氧空位MoO_(3-x)納米帶。氧空位的存在,增大離子擴(kuò)散通道和導(dǎo)電率,有效改善儲(chǔ)鋁性能。通過調(diào)節(jié)還原溫度,可以獲得不同含量的氧空位。經(jīng)過對(duì)比優(yōu)化,110 ~oC合成的含氧空位MoO_(3-x)-110納米帶表現(xiàn)出最優(yōu)的儲(chǔ)鋁性能。在電流密度為1 A g~(-1)時(shí),循環(huán)5000次后,能夠保持88.6mA h g~(-1)的可逆比容量。當(dāng)電流密度為5 A g~(-1)時(shí),循環(huán)20000次后,MoO_(3-x)-110//rGO全電池可保持144.5 mA h g~(-1)的可逆比容量,遠(yuǎn)大于MoO_3//rGO全電池的可逆比容量65.6mA h g~(-1)。3.MoO_3@PPy復(fù)合納米帶。以過硫酸銨作為引發(fā)劑,通過冰水浴,制備均勻PPy層包覆MoO_3納米帶的復(fù)合物。PPy層有效穩(wěn)定了納米帶的結(jié)構(gòu),明顯改善MoO_3納米帶循環(huán)性能。通過調(diào)節(jié)吡咯單體的含量,可以控制PPy層的厚度。經(jīng)過對(duì)比優(yōu)化,MoO_3@PPy-0.05復(fù)合納米帶表現(xiàn)出最優(yōu)的儲(chǔ)鋁性能。在10 A g~(-1)的電流密度下,MoO_3@PPy-0.05復(fù)合納米帶表現(xiàn)了135.1 mA h g~(-1)的初始比容量,循環(huán)2000次,容量保持率為65.5%,遠(yuǎn)大于MoO_3納米帶的容量保持率17.3%。在5 A g~(-1)的電流密度下,循環(huán)15000圈后,MoO_3@PPy-0.05//rGO全電池的容量保持率為72.4%,遠(yuǎn)大于MoO_3//rGO全電池的容量保持率58.4%。
【圖文】：

水系電池原理示意圖（An+:Na+、Li+、Mg2+、Zn2+、Al3+）

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文過原位 XRD 測(cè)試，W18O49納米線放電時(shí)，鋁離子嵌入，（010）層間距增大；充電時(shí)，鋁離子脫出，（010）層間距縮小。推出其充放電過程的氧化還原反應(yīng)為W18O49+ xAl3++ 3x- AlxW18O49當(dāng)電流密度為 2mAcm-2時(shí)，SCNT/W18O49納米線的可逆比容量高達(dá) 459Fcm-3，主要原因是：1）單個(gè) Al3+在充放電過程中發(fā)生三個(gè)電子的轉(zhuǎn)移；2）有許多三維互連的多孔通道，具有較大的比表面積（95.5m2g-1）和寬的尺寸分布（2~200nm）。如圖 1-2 所示，這些通道允許陽離子高效遷移到 W18O49活性位點(diǎn)，，從而產(chǎn)生快速和可逆的氧化還原反應(yīng)。3）復(fù)合電極中的 SCNT 高度相互連接，可保證電子快速轉(zhuǎn)移并降低內(nèi)部電阻。4）部分去溶劑化的 Al3+具有適當(dāng)?shù)某叽缜度氲骄Ц�。由殘余水分子組成的溶劑化殼可以屏蔽 Al3+上的電荷，減少嵌入骨架和鋁離子之間的靜電相互作用，從而提高嵌入動(dòng)力學(xué)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ136.12;TM912

【參考文獻(xiàn)】

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1 陶斌武,劉建華,李松梅,趙亮;水相鋅二次電池正極材料V_2O_5/C的電化學(xué)性能研究[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2005年03期

本文編號(hào)：2710193