二硫化鉬的結(jié)構(gòu)改性及其快速儲(chǔ)鋰性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-07-12 15:19
開發(fā)具有高能量密度和功率密度以及良好安全性能的電極材料是近年來鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)電極材料中較低的鋰離子擴(kuò)散速率限制了電池的充放電速度,同時(shí)電極材料在充放電過程中存在的體積膨脹、粉化等問題嚴(yán)重影響了鋰離子電池的循環(huán)壽命和安全性。針對(duì)以上問題,本論文從電極材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制著手,研究具有快速儲(chǔ)鋰性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的贗電容儲(chǔ)鋰材料MoS2。通過不同實(shí)驗(yàn)方法制備層間距擴(kuò)大的MoS2,并系統(tǒng)研究擴(kuò)層MoS2的贗電容儲(chǔ)鋰行為。首先重點(diǎn)研究了MoS2層間距擴(kuò)大對(duì)儲(chǔ)鋰容量的影響。采用溶劑熱法制備得到了氧摻雜MoS2空心納米球（O-MoS2 HNS）,O-MoS2的層間距介于9.5-10.0?之間,遠(yuǎn)大于本征態(tài)MoS2的層間距（6.15?）。O-MoS2 HNS在儲(chǔ)鋰過程中表現(xiàn)出明顯的贗電容行為,并具有優(yōu)異的快速儲(chǔ)鋰性能和長循環(huán)性能。在1C倍率(1C=0.167A g-1<...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：137 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
LiCoO2和碳材料為正負(fù)極材料的鋰離子電池工作原理圖[11]
(3)轉(zhuǎn)換反應(yīng)往往是發(fā)生在過渡金屬化合物中,MaXb(M為過渡金屬,X為O、S、F、P、F等)和鋰發(fā)生轉(zhuǎn)換反應(yīng)生成金屬單質(zhì)M和LinX,同時(shí)產(chǎn)生較高的可逆容量。但轉(zhuǎn)換反應(yīng)材料在充放電過程中同樣存在較大的體積膨脹以及會(huì)出現(xiàn)較大的電壓遲滯,導(dǎo)致能量效率偏低[16,17]。鋰離子電池各類電極材料具有不同的儲(chǔ)鋰機(jī)理,但在鋰離子電池整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)中鋰離子在固相中的傳輸一般是電池工作中最慢的一步[19,20]。電極反應(yīng)過程中存在相變的發(fā)生,受固相擴(kuò)散控制,緩慢的離子擴(kuò)散速率致使鋰離子存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)非常慢,從而導(dǎo)致低的功率密度[21,22]。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展,隨著贗電容材料成員的逐漸增多,Dunn和Simon等人根據(jù)贗電容電荷存儲(chǔ)機(jī)制的不同,把贗電容分為欠電位沉積、氧化還原贗電容和嵌入贗電容三種類型[25],如圖1-4所示。當(dāng)金屬離子在遠(yuǎn)高于其氧化還原電位的不同金屬表面形成吸附單層時(shí),就會(huì)發(fā)生欠電位沉積并產(chǎn)生相應(yīng)的欠電位贗電容,例如Pb在Au表面的欠電位沉積[26]。當(dāng)電解質(zhì)離子被電化學(xué)吸附至電極材料的表面或近表面并發(fā)生法拉第氧化還原反應(yīng)時(shí),產(chǎn)生氧化還原贗電容,例如RuO2[27-29]、MnO2[30-32]是研究最為廣泛的氧化還原贗電容材料。當(dāng)電解質(zhì)離子嵌入到含有離子傳輸通道或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的電極材料中,發(fā)生法拉第電荷轉(zhuǎn)移且電極材料的晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化時(shí),產(chǎn)生嵌入贗電容,例如Nb2O5為嵌入贗電容材料[33]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國能源高質(zhì)量發(fā)展內(nèi)涵與路徑研究[J]. 代紅才,張運(yùn)洲,李蘇秀,張寧. 中國電力. 2019(06)
[2]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu. 能源與環(huán)境材料(英文). 2019(01)
[3]鋰離子電池的發(fā)展應(yīng)用分析[J]. 李振源. 當(dāng)代化工研究. 2018(11)
[4]中國能源低碳轉(zhuǎn)型（2015—2050）:可再生能源發(fā)展與可行路徑[J]. 馬麗梅,史丹,裴慶冰. 中國人口·資源與環(huán)境. 2018(02)
[5]面向可再生能源消納的多能源系統(tǒng):述評(píng)與展望[J]. 楊經(jīng)緯,張寧,王毅,康重慶. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化. 2018(04)
[6]金襯底調(diào)控單層二硫化鉬電子性能的第一性原理研究[J]. 張理勇,方糧,彭向陽. 物理學(xué)報(bào). 2015(18)
[7]鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)問題（Ⅵ）——離子在固體中的輸運(yùn)[J]. 鄭浩,高健,王少飛,李泓. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2013(06)
[8]High-Performance Li-ion Batteries and Super-capacitors Based on Prospective 1-D Nanomaterials[J]. Dandan Zhao,Ying Wang,Yafei Zhang. Nano-Micro Letters. 2011(01)
本文編號(hào)：3280161
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：137 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
LiCoO2和碳材料為正負(fù)極材料的鋰離子電池工作原理圖[11]
(3)轉(zhuǎn)換反應(yīng)往往是發(fā)生在過渡金屬化合物中,MaXb(M為過渡金屬,X為O、S、F、P、F等)和鋰發(fā)生轉(zhuǎn)換反應(yīng)生成金屬單質(zhì)M和LinX,同時(shí)產(chǎn)生較高的可逆容量。但轉(zhuǎn)換反應(yīng)材料在充放電過程中同樣存在較大的體積膨脹以及會(huì)出現(xiàn)較大的電壓遲滯,導(dǎo)致能量效率偏低[16,17]。鋰離子電池各類電極材料具有不同的儲(chǔ)鋰機(jī)理,但在鋰離子電池整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)中鋰離子在固相中的傳輸一般是電池工作中最慢的一步[19,20]。電極反應(yīng)過程中存在相變的發(fā)生,受固相擴(kuò)散控制,緩慢的離子擴(kuò)散速率致使鋰離子存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)非常慢,從而導(dǎo)致低的功率密度[21,22]。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展,隨著贗電容材料成員的逐漸增多,Dunn和Simon等人根據(jù)贗電容電荷存儲(chǔ)機(jī)制的不同,把贗電容分為欠電位沉積、氧化還原贗電容和嵌入贗電容三種類型[25],如圖1-4所示。當(dāng)金屬離子在遠(yuǎn)高于其氧化還原電位的不同金屬表面形成吸附單層時(shí),就會(huì)發(fā)生欠電位沉積并產(chǎn)生相應(yīng)的欠電位贗電容,例如Pb在Au表面的欠電位沉積[26]。當(dāng)電解質(zhì)離子被電化學(xué)吸附至電極材料的表面或近表面并發(fā)生法拉第氧化還原反應(yīng)時(shí),產(chǎn)生氧化還原贗電容,例如RuO2[27-29]、MnO2[30-32]是研究最為廣泛的氧化還原贗電容材料。當(dāng)電解質(zhì)離子嵌入到含有離子傳輸通道或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的電極材料中,發(fā)生法拉第電荷轉(zhuǎn)移且電極材料的晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化時(shí),產(chǎn)生嵌入贗電容,例如Nb2O5為嵌入贗電容材料[33]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國能源高質(zhì)量發(fā)展內(nèi)涵與路徑研究[J]. 代紅才,張運(yùn)洲,李蘇秀,張寧. 中國電力. 2019(06)
[2]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu. 能源與環(huán)境材料(英文). 2019(01)
[3]鋰離子電池的發(fā)展應(yīng)用分析[J]. 李振源. 當(dāng)代化工研究. 2018(11)
[4]中國能源低碳轉(zhuǎn)型（2015—2050）:可再生能源發(fā)展與可行路徑[J]. 馬麗梅,史丹,裴慶冰. 中國人口·資源與環(huán)境. 2018(02)
[5]面向可再生能源消納的多能源系統(tǒng):述評(píng)與展望[J]. 楊經(jīng)緯,張寧,王毅,康重慶. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化. 2018(04)
[6]金襯底調(diào)控單層二硫化鉬電子性能的第一性原理研究[J]. 張理勇,方糧,彭向陽. 物理學(xué)報(bào). 2015(18)
[7]鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)問題（Ⅵ）——離子在固體中的輸運(yùn)[J]. 鄭浩,高健,王少飛,李泓. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2013(06)
[8]High-Performance Li-ion Batteries and Super-capacitors Based on Prospective 1-D Nanomaterials[J]. Dandan Zhao,Ying Wang,Yafei Zhang. Nano-Micro Letters. 2011(01)
本文編號(hào)：3280161
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