【摘要】：鎳-鐵二次堿性電池因其能量密度大,功率密度高,正負(fù)電極原材料來源廣泛且價(jià)格低廉,以及生產(chǎn)和使用過程污染小等優(yōu)點(diǎn)而成為新一代綠色動(dòng)力電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而,在將其廣泛地進(jìn)行商業(yè)化推廣之前,鎳-鐵二次電池還有一些明顯的不足之處,最主要的缺陷就是該類電池循環(huán)穩(wěn)定性差。其次,隨著可穿戴智能設(shè)備的發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)柔性儲(chǔ)能裝置的需求日漸增大,因此,可彎曲柔性鎳-鐵二次電池有待進(jìn)一步研究。通過前期研究發(fā)現(xiàn),鎳-鐵二次電池的循環(huán)穩(wěn)定性差主要源于鐵負(fù)極的活性物質(zhì)在反復(fù)充放電過程結(jié)構(gòu)的垮塌�；诖�,本論文首先通過嘗試電化學(xué)沉積包覆二氧化鉬的方法來提高負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性,以銅鎳氧化物納米線為正極材料,組裝了新型水系薄膜型鎳-鐵二次電池,并系統(tǒng)研究了其儲(chǔ)能特性;其次,發(fā)現(xiàn)電沉積的方法對(duì)負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性提高效果不佳,進(jìn)一步通過滴加葡萄糖溶液,然后退火碳包覆的方法,來提高負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性,再以銅鎳氧化物納米線為正極材料組裝電池,除在水系中組裝外,還以KOH/PVA凝膠為電解質(zhì),制備了柔性準(zhǔn)固態(tài)鎳-鐵二次電池,并系統(tǒng)研究了其儲(chǔ)能特性。具體研究?jī)?nèi)容包括:1.通過使用簡(jiǎn)便的水熱法,FeOOH納米棒陣列均勻生長(zhǎng)在碳布上。然后通過電沉積方法,進(jìn)一步高溫退火方法得到均勻的二氧化鉬包覆四氧化三鐵(Fe_3O_4@MoO_2)納米棒陣列。通過包覆二氧化鉬來提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。三電極體系測(cè)試的結(jié)果表明,Fe_3O_4@MoO_2復(fù)合納米棒陣列電極作為工作電極可以提高純的鐵氧化物電極的單位面積儲(chǔ)存電荷量和循環(huán)穩(wěn)定性。以Fe_3O_4@MoO_2納米陣列為負(fù)極,以銅鎳氧化物納米線作為正極,組裝得到了新型薄膜型納米陣列鎳-鐵二次電池。在以氫氧化鉀溶液為電解液的水系全電池測(cè)試中,所制備的水系新型薄膜型納米陣列鎳-鐵二次堿性電池在2 mA/cm~2的電流密度下可以獲得1.2 V放電平臺(tái)電壓;在10mA/cm~2的電流密度下循環(huán)400次以后,鎳-鐵二次電池可以保持初始容量的60%。2.通過使用簡(jiǎn)便的水熱法,FeOOH納米棒陣列均勻生長(zhǎng)在碳布上。然后滴加葡萄糖溶液于電極材料表面,高溫退火得到均勻的Fe_3O_4@C復(fù)合電極材料。將其取名“碳膠”,“碳膠”包覆來提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。三電極體系測(cè)試的結(jié)果表明,Fe_3O_4@C電極作為工作電極進(jìn)行可以提高純的鐵氧化物電極的單位面積儲(chǔ)存電荷量和循環(huán)穩(wěn)定性。以Fe_3O_4@C電極為負(fù)極,以銅鎳氧化物納米線為正極,以氫氧化鉀水溶液為電解液,組裝得到了水系鎳-鐵二次堿性電池。在水系全電池測(cè)試中,鎳-鐵二次電池在1.5 mA/cm~2的電流密度下放電電壓平臺(tái)可以達(dá)到1.2 V,在12 mA /cm~2的電流密度下循環(huán)2000次以后,可以保持初始的容量82%。除此之外,以KOH/PVA凝膠作為電解質(zhì),我們成功地制備了柔性準(zhǔn)固態(tài)鎳-鐵二次電池,測(cè)試結(jié)果表明,所制備的器件的最高體積能量密度為3.34 mWh/cm~3,最高體積功率密度為278.24 mW/cm~3;在10 mA/cm~2的電流密度下循環(huán)5000次以后,可以保持初始的容量85%。
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM911.14
【圖文】：

２．３．１四氧化三鐵＠二氧化鉬納米棒陣列負(fù)極的表征逡逑通過一步水熱法制備的前驅(qū)體ＦｅＯＯＨ納米棒陣列的具體形貌不同倍率圖片逡逑如圖２－１所示。從圖２－１邋ａ中可以明顯看到，碳纖維表面均勻覆蓋著納米棒陣列。逡逑從圖２－ｌｂ，邋ｃ中可知，ＦｅＯＯＨ納米棒緊密排列，ｄ圖可以看出ＦｅＯＯＨ納米棒表逡逑面光滑，其直徑為３０－５０邋ｎｍ。逡逑ｍｍ逡逑圖２－１邋（ａ－ｄ）邋ＦｅＯＯＨ納米線陣列在不同倍率下的ＳＥＭ圖。逡逑在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的第二步中，通過電沉積的方法將二氧化鉬的前驅(qū)體沉積包覆在逡逑ＦｅＯＯＨ納米棒的表面，具體實(shí)驗(yàn)中，將制備好的前驅(qū)體ＦｅＯＯＨ納米棒接在工作逡逑電極，飽和甘汞（ＳＣＥ）電極接在參比電極，鉑（Ｐｔ）片接在對(duì)電極，鉬酸銨和葡萄逡逑１０逡逑

自然冷卻至室溫后取出電極材料后進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。電沉積過程中循環(huán)次數(shù)逡逑為１０次的電極材料的ＳＥＭ圖（如圖２－２邋ａ－ｂ所示），循環(huán)次數(shù)為２０次的電極材料逡逑ＳＥＭ圖（如圖２－２ｃ－ｄ所示）。逡逑圖２－２邋（ａ－ｂ）是電沉積循環(huán)次數(shù)為１０次的不同倍率ＳＥＭ圖逡逑（ｃ－ｄ）是電沉積循環(huán)次數(shù)為２０次的不同倍率ＳＥＭ圖逡逑可以看得出來在前驅(qū)體ＦｅＯＯＨ納米棒表面，有一層物質(zhì)覆蓋在其表面。顯逡逑而易見，循環(huán)次數(shù)為２０次的比循環(huán)次數(shù)為１０次的前驅(qū)體ＦｅＯＯＨ納米棒上表面逡逑物質(zhì)要多一些，包覆物質(zhì)要厚一些。通過上面的圖片很容易驗(yàn)證了電沉積上去的逡逑物質(zhì)與循環(huán)次數(shù)近乎是線性關(guān)系。逡逑電沉積循環(huán)次數(shù)為４０次的電極材料的ＳＥＭ圖（如圖２－３邋ａ－ｂ所示），電沉積逡逑循環(huán)次數(shù)為６０次的電極材料的ＳＥＭ圖（如圖２－３邋ｃ－ｄ所示），通過掃描電鏡可以逡逑１１逡逑

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本文編號(hào)：2728447