日漸增多的能源消耗,尤其是化石能源的大量使用,造成了全球環(huán)境和氣候的惡化,所以當下亟需加快研發(fā)基于電化學能源儲存體系的清潔能源。目前,由于成本和安全問題,傳統(tǒng)鋰離子電池已經(jīng)不能滿足眼下日益增長的市場需求,開發(fā)價格低廉、能量密度高、安全性能好的新型二次電池體系迫在眉睫。近年來,鋁電池成為研究熱點,原因主要在于:首先,鋁是地殼中含量最高的金屬元素（82000ppm）,其含量遠高于鋰（18ppm）,所以鋁電池可持續(xù)性好且成本較低。其次,相較于鋰的高活性,鋁在大氣中可以穩(wěn)定存在,為鋁電池提供了安全保障。再次,得益于鋁的三電子氧化還原反應,鋁金屬的理論體積比容量高達8034mA h cm-3,大約是鋰（2080 mAh cm-3）的四倍。但是,鋁離子電荷密度較高,在電極材料中嵌入/脫出時會受到強烈的靜電相互作用,離子擴散受到阻礙,并且該過程會嚴重破壞電極結構,所以適用于鋁電池的正極材料有限。本文基于靜電自組裝技術、溶劑熱法合成了鎳鐵雙金屬層狀氫氧化物/還原氧化石墨烯（NiFe-LDH/rGO）、納米多孔硒化錳微球、鋅錳雙金屬硒化物,三者用作鋁電池正極材料均表現(xiàn)出良好的電化學性能,具體內容如下:1... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１可充電鋁電池發(fā)展歷程剛??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｒｏｗｔｈ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｂａｔｔｅｒｙ１２０１??

?山東大學碩士學位論文???應和陽極腐蝕，無法實現(xiàn)鋁的可逆電溶解／沉積，而室溫離子液體電解質蒸汽壓??低、電化學窗口寬、電沉積可逆，奠定了二次鋁離子電池的發(fā)展基礎［１９］，鋁電池??的發(fā)展歷史如圖１．１所示。??ｌＰ〇〇ｓ?ｓ〇＾ｔｔ〇ｎ?？?＿?￥ｅＳ２?ｉｉＳＢＭＩｌＩｌ??＾ｑｕｅ〇ｕ：＞?ｉ?霸????－…??ｉｌｌ?＇－ｆ?Ｉ??＾?１８５７?＾??％??〇?＼ｏ〇－辦％?、??圖１．１可充電鋁電池發(fā)展歷程剛??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｒｏｗｔｈ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｂａｔｔｅｒｙ１２０１??１．２．２鋁電池特點??Ｃａｊ：ｉ〇ｎ?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?Ｃａｐａｃｉｔｙ?（Ａｈ?ｋｇ１；?Ａｈ?Ｌ＊１）??Ｒａｄｉｕｓ?２０００?４０００?６０００?８０００??７６?＋?１?ｉ?ｓ＿?Ｌｉ，■＋ｅ〇Ｌｉ?Ｇｒ＾ｔｎｅＣ＾??／ｅ?ＬＩ?ｍ?Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ?ＣａｐａｃＨｙ?－?－３．０??—一?１８?Ａｂｕｎｄａｎｃｅ?５２??１〇２拳．匪雙咕－—?．，７?｜??ｍ?馨?Ｋ?鑑＾＋ｅｅＫ?－２．９?Ｔ）??７２?？＋?Ｍｇ?■■＾■■ＥＳａｉ?Ｍｇ２＊＋２ｅ＜－Ｍｇ?｜??１〇〇?Ｃａ２，＋２ｅ－Ｍ．Ｃａ?＜??５４?ｗ?Ａ，?＾?Ａｌ３、３ｅ?ｅ?Ａｌ??Ａ１?１７??２００００?４００００?６００００?８００００??Ａｂｕｎｄａｎｃｅ（ｐｐｍ）??圖１．２二次電池對比示意圖［２（）］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?ｂａｔｔｅｒｉ

?山東大學碩士學位論文???如圖１．２所示，金屬鋰在電化學過程中只能轉移一個電子，而金屬鋁可以在??循環(huán)過程中交換三個電子，故金屬招的體積比容量高達８０４６ｍＡｈｃｒｒＴ３，約為金??屬鋰（２０６２?ｍＡｈ?ｃｒｒＴ３）的４倍；金屬鋁能夠在空氣中穩(wěn)定存在，說明安全性能??較好；鋁是地殼中含量最高的金屬元素，價格低廉［２｜，２＼同時，鋁電系統(tǒng)存在亟??需克服的難題。鋁離子的離子半徑為０．０５３５?ｎｍ并帶有三個正電荷，而鋰離子的??離子半徑為０．０７６?ｎｍ且只帶有一個正電荷，所以鋁離子表面電荷密度遠高于鋰??離子，說明鋁離子與電解質中的陰離子之間會產(chǎn)生更強的庫侖相互作用，從而造??成電池動力學緩慢、電極結構破壞［１９，２（）］。??１．２．?３鋁電池正極材料及其設計思路??圖１．３鋁電池正極反應機理示意圖［ｌ９】??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｏｆ?ｃａｔｈｏｄｅｓ?ｉｎ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ１１９１??正極材料直接影響鋁電池的能量密度，目前潛在的鋁電正極材料普遍無法滿??足高容量和高放電電壓，進而限制了鋁電池的大規(guī)模使用，因此，正極材料是目??前可充電鋁電池的主要研究方向［２３，２４］。如圖１．３所示，根據(jù)嵌層反應客體離子的??不同，鋁電池正極材料分為兩類，一類是以Ａｉｃｉｒ為嵌層離子，代表性的活性電??極材料主要為碳質材料１２５＿２８］；另一類是以Ａｌ３＋為客體離子，典型電極材料主要是??過渡金屬化合物［２９＿３３］。??碳質材料結構多樣而穩(wěn)定、層間距大、電導率高，在鋁電池領域應用廣泛，??電化學過程如下：??３??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Emerging rechargeable aqueous aluminum ion battery: Status, challenges,and outlooks[J]. Du Yuan,Jin Zhao,William Manalastas Jr.,Sonal Kumar,Madhavi Srinivasan.  Nano Materials Science. 2020(03)



本文編號：3390226