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In 2 S 3 /C納米纖維負(fù)極材料的制備及其儲能性能研究

發(fā)布時間:2021-04-09 12:20
  硫化銦(In2S3)屬于典型的過渡金屬硫化物,有希望成為儲能領(lǐng)域的備選負(fù)極材料。然而,In2S3在電化學(xué)儲能領(lǐng)域中只有少量報道,且電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理尚未明確。In2S3在具備高容量的優(yōu)點(diǎn)的同時,也有其不可忽視的缺點(diǎn)。純相的In2S3材料在充放電過程中通常伴隨著大的體積膨脹,使其電化學(xué)性能不夠理想,因此,將In2S3與碳基體進(jìn)行原位復(fù)合會是一種可行的改性辦法。在這份工作中,首次通過一種簡單的靜電紡絲方法及隨后的退火處理制備了In2S3/C納米纖維復(fù)合材料以改進(jìn)In2S3的電化學(xué)性能。對In2S3/C納米纖維復(fù)合材料進(jìn)行了一系列測試以表征該材料的各項(xiàng)物理性質(zhì),并測試了該材料作為鋰離子電池、鈉離子電池和鉀離子電池陽極時的電化學(xué)性能。主要工作內(nèi)容包括:... 

【文章來源】:湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】:60 頁

【學(xué)位級別】:碩士

【部分圖文】:

In 2 S 3 /C納米纖維負(fù)極材料的制備及其儲能性能研究


鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖[8]

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湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文In2S3/C納米纖維負(fù)極材料的制備及其儲能性能研究3脫嵌,并伴隨著相同摩爾量的電子的移動。鋰離子的嵌入和脫嵌過程可具體表現(xiàn)為在充電狀態(tài)時,鋰離子從正極脫出進(jìn)入電解液,電解液中的鋰離子順著濃度差運(yùn)動到負(fù)極并嵌入其中,同時電子從陽極順著電路移動到陰極。放電過程則與之相反,以完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。值得一提的是,在放電過程中回到正極的鋰離子越多,電池的容量也就越高。圖1.2鋰離子電池工作原理[9]目前鋰離子電池正極材料已得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的有錳酸鋰[10]、磷酸鐵鋰[11]、三元金屬氧化物[12]等,其中三元金屬氧化物如鎳鈷錳三元材料是目前最具優(yōu)勢的正極材料,既結(jié)合了鎳酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰材料各自的長處,又能在一定程度上優(yōu)化各自的短處。鋰離子電池的負(fù)極材料以石墨材料為主,此外鈦酸鋰材料也有小批量試用。金屬合金和過渡金屬氧族化合物等負(fù)極材料因其遠(yuǎn)高于石墨(372mAhg-1)的理論容量而受到關(guān)注,但放電過程中電極的體積膨脹會帶來容量的衰減[13]。鋰離子電池電解液以溶有鋰鹽的有機(jī)溶液為主[14],目前,常用的的是LiPF6、LiBF4和LiClO4和碳酸酯類有機(jī)溶劑。固態(tài)電解質(zhì)是未來電解質(zhì)發(fā)展的趨勢,可有效避免漏液、爆炸等安全隱患。隔膜對保證電池安全,實(shí)現(xiàn)充放電功能具有重要作用,提高強(qiáng)度以及增加比表面積是今后的研究重點(diǎn)。對隔膜材料進(jìn)行表面改性處理和薄型化是現(xiàn)在主流的發(fā)展趨勢[15]。1.3鈉離子電池1.3.1鈉離子電池概述鋰離子電池對新能源技術(shù)的發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn),然而隨著電動汽車等新能源產(chǎn)業(yè)的迅速擴(kuò)張,全球鋰資源正面臨逐漸枯竭的危機(jī)。我國鋰資源儲量位居全球第四,占全球鋰儲量的13.2%,然而仍有80%的鋰供應(yīng)依賴進(jìn)口[16]。為了應(yīng)對未來將持續(xù)擴(kuò)大的能源需求,尋找可以替代鋰?

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湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文In2S3/C納米纖維負(fù)極材料的制備及其儲能性能研究6裝及廢鉀處理有極高的要求,實(shí)現(xiàn)商業(yè)化進(jìn)程更是不可能一蹴而就。即使鉀離子電池有著不可忽視的弱點(diǎn),但其優(yōu)勢也非常明顯,除了鉀元素豐富的資源儲量外(地殼豐度為2.59%),還主要表現(xiàn)在它的理論性能上。首先,鉀有著比鈉更低的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(-2.94Vvs.K+/K,-2.71Vvs.Na+/Na),在碳酸丙烯酯(PC)電解液中,其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢甚至低于鋰(-2.88Vvs.K+/K,-2.79Vvs.Li+/Li),這意味著更高的電池電壓[34]。其次,鉀離子的路易斯酸度在這三種堿金屬離子中是最弱的,形成的溶劑化離子最小,因此鉀離子的離子電導(dǎo)率和界面擴(kuò)散速度要更出色[35]。此外,鉀離子的離子半徑雖然較大,但卻可以可逆地嵌入石墨中,理論比容量達(dá)273mAhg-1。鉀元素與鋰元素和鈉元素的區(qū)別可參考表1.1。表1.1鋰、鈉、鉀元素的對比[36]元素原子量g/mol離子半徑標(biāo)準(zhǔn)電勢Vvs.SHE地殼豐度%碳酸鹽價格$/tLi6.940.76-3.030.00655000Na22.991.02-2.712.83150K39.11.38-2.942.59890基于鉀離子電池特有的優(yōu)缺點(diǎn),當(dāng)下鉀離子電池的研究重點(diǎn)主要集中于研發(fā)具有高能量密度和優(yōu)越的電化學(xué)穩(wěn)定性的電極材料。目前已有多種適用于鉀離子電池的電極材料得以被開發(fā),如圖1.4所示。圖1.4鉀離子電池電極材料體系[37]

【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
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本文編號:3127611

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