本文選題：鈉離子電池　切入點(diǎn)：正極　出處：《吉林大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的快速發(fā)展,把這些非連續(xù)的電能成功的存儲(chǔ)到大規(guī)模的電能存儲(chǔ)電網(wǎng)系統(tǒng)變得越來(lái)越重要。在這些潛在的能源存儲(chǔ)技術(shù)中,電化學(xué)蓄電池技術(shù)由于其靈活性,能量轉(zhuǎn)換效率高和維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),使得電化學(xué)蓄電池成為大規(guī)模電能存儲(chǔ)的最有效的方法。到目前為止,鋰離子電池是開發(fā)最成功的電能存儲(chǔ)技術(shù),已被廣泛應(yīng)用在便攜式電子和電動(dòng)汽車等移動(dòng)設(shè)備和裝置上。然而鋰資源的匱乏限制了鋰離子電池在未來(lái)的進(jìn)一步應(yīng)用。鈉,有著與鋰極其相似的物理和化學(xué)性質(zhì),而且資源豐富,價(jià)格低廉。因此,鈉離子電池再次引起了人們極大的興趣和廣泛的關(guān)注,特別是大型固定能量存儲(chǔ)裝置和設(shè)備的應(yīng)用。然而,現(xiàn)階段的鈉離子電池的研究還比較少,可選的正負(fù)極電極材料和工藝還不成熟,所以目前的鈉離子電池性能還無(wú)法與鋰電池相媲美。所以,尋找并發(fā)展氋容量與長(zhǎng)循環(huán)壽命的鈉離子電池電極材料是關(guān)鍵,而且存在著極大的挑戰(zhàn)�；谏鲜鲈蚝蜅l件,我們以鋰離子電池技術(shù)為基礎(chǔ),在鈉離子電池正負(fù)極方面開展了多項(xiàng)探索性的實(shí)驗(yàn),做出了一些開創(chuàng)性的工作,并提出了一些獨(dú)到的見解,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:1.通過(guò)原位堿性溶液腐蝕銅箔法制備了柔性多孔的三維納米陣列結(jié)構(gòu)的Cu O納米棒。這種三維陣列結(jié)構(gòu)的納米棒制備簡(jiǎn)便,可大規(guī)模制備。更重要的是它在應(yīng)用到鈉離子電池中時(shí)可以不使用任何粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑,這種做法不僅降低了電池的制作成本,同時(shí)也簡(jiǎn)化了電池原本繁復(fù)的制作工藝。在鈉離子電池中,這種三維陣列結(jié)構(gòu)的Cu O納米棒與其它納米結(jié)構(gòu)的Cu O相比更表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì),比如在較大的電流密度下仍有大于640 m A g-1的比容量,優(yōu)越的倍率性能(大于8C,200 m A g-1)以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性。結(jié)果表明,三維多孔陣列結(jié)構(gòu)的Cu O是一種較有前景的高性能鈉離子電池負(fù)極材料。2.通過(guò)調(diào)節(jié)堿的種類、濃度、生長(zhǎng)條件等方式,快速、有效的控制并制備了三維、層狀的單晶Sn Se納米片簇作為高容量、高倍率,高能量密度的鈉離子電池負(fù)極。研究中發(fā)現(xiàn),堿性條件是制備純相Sn Se的必備條件。當(dāng)把這種三維的Sn Se納米片簇作為鈉離子電池負(fù)極時(shí),該材料表現(xiàn)出了接近理論容量的充放電比容量(738 m Ah g-1),超高的倍率性能(40 A g-1,約為2400C),更重要的是,這種材料在和一種鈉離子電池正極材料組裝成全電池時(shí),表現(xiàn)出了很高的放電平臺(tái)(~3.4 V),高的能量密度和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。3.Na2V6O16·3H2O納米帶作為高容量的鈉離子電池正極及對(duì)稱電池電極。通過(guò)五氧化二釩、氫氧化鈉和水為原材料,用簡(jiǎn)單的水熱法制備了大小均勻、形貌統(tǒng)一的一維Na2V6O16·3H2O納米帶。這種一維的納米帶相比于塊體材料具有較大的比表面積和更好的柔韌性,而且這種釩酸鈉是一種層狀結(jié)構(gòu),在作為鈉離子電極時(shí)可以為鈉離子的存儲(chǔ)提供更多的空間,方便鈉離子的快速嵌入和脫出。作為鈉離子電池正極時(shí),該材料的容量近200 m Ah g-1,作為對(duì)稱電池時(shí)其首次容量也超過(guò)130m Ah g-1,能量密度大于80 Wh kg-1,而且安全性很高。4.Na1.1V3O7.9一維單晶納米帶作為高容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命的鈉離子電池正極。在Na2V6O16·3H2O一維納米帶的基礎(chǔ)上,我們對(duì)Na2V6O16納米帶進(jìn)行了精確的熱處理,得到了結(jié)構(gòu)新穎的層狀Na1.1V3O7.9納米帶。同時(shí)我們也對(duì)該材料做了結(jié)構(gòu)精修計(jì)算,進(jìn)一步確認(rèn)了該材料的純度和結(jié)構(gòu)。在作為鈉離子電池的正極時(shí),該材料表現(xiàn)出了較高鈉離子電池性能,比如大于170 m Ah g-1的容量,突出的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。此外,我們還對(duì)該材料的充放電機(jī)理進(jìn)行了深入的探討。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1

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