【摘要】：隨著電子設(shè)備的廣泛使用和人們對(duì)清潔能源的迫切需求,儲(chǔ)能電池的需求量越來越大,同時(shí)對(duì)電池性能要求也越來越苛刻�？蒲泄ぷ髡咭环矫鎸ふ揖哂懈弑热萘康碾姌O材料來提高能量密度,另一方面開發(fā)新電池體系降低過度依賴鋰資源造成的成本過高問題。鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代便攜式設(shè)備當(dāng)中,然而由于較高的成本和有限的鋰資源儲(chǔ)存,因此并不適用于在大規(guī)模儲(chǔ)能中的使用。金屬鉀資源儲(chǔ)量豐富,并與鋰同處于第一主族具有相似的物理化學(xué)特性,有望在儲(chǔ)能電池中得到應(yīng)用。然而由于鉀離子的離子半徑較大,要求電極材料有較大的孔徑結(jié)構(gòu)提供擴(kuò)散通道以及緩解脫嵌過程帶來的體積膨脹效應(yīng)。近年來,科學(xué)家們開發(fā)出一類具有大比表面積和多孔結(jié)構(gòu)的金屬-有機(jī)框架材料(MOFs),其結(jié)構(gòu)由有機(jī)配體和金屬離子組成,兼具有機(jī)配體的柔性與金屬離子的剛性特點(diǎn),是一類極具開發(fā)潛力的電極材料。本文通過合成一類Fe基MOF-235材料,并針對(duì)其較弱的導(dǎo)電性作改性,研究其鉀離子儲(chǔ)存特性。具體工作如下:(1)以廉價(jià)且環(huán)保的對(duì)苯二甲酸和六水合三氯化鐵為原料,通過溶劑熱法成功制備出Fe基金屬-有機(jī)框架材料MOF-235,發(fā)現(xiàn)MOF-235材料是一類微孔型材料,BET比表面積710m2/g,孔徑0.83nm,孔容0.3cm3/g。并擁有良好的離子儲(chǔ)存特性,將其用于儲(chǔ)Li+、Na+、K+研究,其中在50mA g-1電流密度下儲(chǔ)鋰和儲(chǔ)鉀可逆容量分別為220和80mAh g-1,且擁有較高的庫倫效率,表明了MOF-235是一類能可逆儲(chǔ)鉀的電極材料。(2)通過原位制備一維多壁碳納米管(MWCNTs)與MOF-235的復(fù)合材料,用于儲(chǔ)鉀研究。由于多壁碳納米管優(yōu)異的導(dǎo)電性,顯著提高了復(fù)合材料的可逆比容量,其優(yōu)異的循環(huán)性能得益于碳納米管與MOFs晶體良好的結(jié)合形式,并對(duì)活性物質(zhì)具有固定作用。其中20%MWCNTs復(fù)合材料電化學(xué)性能最優(yōu),50mA g-1電流密度下50周循環(huán)后容量達(dá)到14mAh g-1,200mA g-1大電流密度下循環(huán)200周仍能保持132mAh g-1,容量保持率為52.8%,并擁有優(yōu)異庫倫效率和倍率性能。對(duì)儲(chǔ)能機(jī)理研究發(fā)現(xiàn),MOF-235在充放電過程中金屬Fe離子不參與氧化還原反應(yīng),可逆儲(chǔ)鉀容量主要來源于有機(jī)配體中C=O雙鍵的可逆開合進(jìn)行儲(chǔ)能。(3)通過將二維導(dǎo)電石墨烯材料與MOF-235材料復(fù)合,進(jìn)一步構(gòu)筑擁有二維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合電極材料。電導(dǎo)率測(cè)試表明石墨烯在相同添加量時(shí),電導(dǎo)率提高優(yōu)于同條件下的多壁碳納米管與MOF-235復(fù)合材料,這是由于MOFs晶體嵌于石墨烯表面或?qū)娱g增大了接觸面積。20%石墨烯復(fù)合材料達(dá)到最佳儲(chǔ)鉀性能,50mA g-1電流密度下可逆儲(chǔ)鉀容量為169mAh g-1,在200mA g-1大電流下200周容量保持145mAh g-1,容量保持率為72%,優(yōu)于20%MWCNTs復(fù)合材料的容量性能。通過對(duì)MOF-23 5+20G復(fù)合材料進(jìn)行變速CV測(cè)試發(fā)現(xiàn),電極材料的反應(yīng)過程主要受控于鉀離子擴(kuò)散過程,即表現(xiàn)為電池行為。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912
【圖文】：

圖 1-1 鋰離子電池充放電原理圖Fig. 1-1 Lithium-ion battery charge and discharge schematic的發(fā)展也推動(dòng)了電子產(chǎn)業(yè)的繁榮，如照相機(jī)、移動(dòng)電話信息化社會(huì)的不斷進(jìn)步，鋰離子電池將會(huì)在通信、航空發(fā)應(yīng)用[5]。然而，鋰離子電池雖然廣泛使用，但仍然有

圖 1-3 “搖椅式”鉀離子電池機(jī)理圖[13]Fig.1-3 Schematic illustration of a “rocking-chair”potassium-ion[13]鈉離子相比(見表 1-1)，雖然鉀離子具有更大的離子半徑.102nm Na+)和更大的原子質(zhì)量[14]，但是鉀離子的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳日益;;用補(bǔ)鉀驅(qū)走夏季的倦怠[J];科學(xué)養(yǎng)生;2017年08期

2 ;怎樣讓牙齒更潔白[J];老年教育(長者家園);2017年05期

3 鐘敏;唐國寧;;限制鉀離子電流抑制心臟中螺旋波和時(shí)空混沌[J];廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

4 顏臨川;章林華;;竹簽對(duì)鉀離子測(cè)定的影響[J];實(shí)用醫(yī)技雜志;2008年33期

5 方小龍;家族性周期性麻痹患者鉀離子結(jié)果分析[J];贛南醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào);2002年04期

6 盛卓人;麻醉或手術(shù)中鉀離子紊亂的處理[J];實(shí)用外科雜志;1990年10期

7 孫玉善;梁衛(wèi)民;彭啟強(qiáng);馮飛;楊富順;;一種新的鉀試劑和低濃度鉀離子的高效富集劑[J];化學(xué)學(xué)報(bào);1989年07期

8 尹鎮(zhèn)江;;血液中鉀離子的分布及其測(cè)定方法(離子選擇電極法)[J];寧夏醫(yī)學(xué)雜志;1983年02期

9 周玫,齊鳳菊;紅細(xì)胞體外自發(fā)性鉀離子透出的某些特性研究[J];生理科學(xué);1984年03期

10 李桂明;;鉀離子與麻醉[J];中國傷殘醫(yī)學(xué);2014年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 吳力立;湯淑芬;陳玉銀;周兵;張超燦;;鈉鉀離子對(duì)二氧化硅溶膠穩(wěn)定性和流變性的影響[A];2014年全國無機(jī)硅化物行業(yè)年會(huì)暨行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃研討會(huì)論文集[C];2014年

2 龍永寧;毛曉紅;;鉀離子代謝失衡與原發(fā)性室顫(附二例報(bào)告)[A];華東地區(qū)第二次急診醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要匯編[C];1993年

3 楊小珊;李婭萍;孫洋;;離子色譜儀評(píng)估水中鉀離子的不確定度量化[A];2018中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集（第二卷）[C];2018年

4 廉娟;胡一兵;徐國華;;水稻鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsHAK1的功能和表達(dá)調(diào)控研究[A];中國的遺傳學(xué)研究——遺傳學(xué)進(jìn)步推動(dòng)中國西部經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展——2011年中國遺傳學(xué)會(huì)大會(huì)論文摘要匯編[C];2011年

5 宿永波;魏永剛;劉壘;張冬梅;;鉀離子對(duì)豬的營養(yǎng)作用[A];2010山東飼料科學(xué)技術(shù)交流大會(huì)論文集[C];2010年

6 蘇虹羊;阮偉東;趙冰;;利用SERS技術(shù)檢測(cè)鉀離子[A];第十八屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議摘要文集[C];2015年

7 趙安珍;李洪艷;季國亮;;可變電荷土壤對(duì)鉀離子和鈉離子的吸附[A];土壤化學(xué)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展學(xué)術(shù)討論會(huì)會(huì)議指南與論文摘要集[C];2001年

8 楊金芳;劉泓宇;譚北平;楊奇慧;董曉慧;遲淑艷;張新節(jié);;低鹽度水體中添加不同水平鉀離子對(duì)凡納濱對(duì)蝦生長、氮代謝、滲透調(diào)節(jié)、免疫力及抗病力的影響[A];2010年中國水產(chǎn)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 陳華丹;李彤彤;黃金鳳;郭菊花;關(guān)懷民;童躍進(jìn);;堿活化鉀長石制備W型分子篩的研究[A];2014年全國無機(jī)硅化物行業(yè)年會(huì)暨行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃研討會(huì)論文集[C];2014年

10 歐迎春;馬眷榮;;離子交換玻璃表面性質(zhì)研究[A];中國硅酸鹽學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)玻璃論文集[C];2003年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 西月;香蕉帶來好心情[N];中國石油報(bào);2000年

2 陳金偉;夏日宜多吃減壓食物[N];中國中醫(yī)藥報(bào);2007年

3 ;清清淡淡過夏天[N];大眾衛(wèi)生報(bào);2003年

4 博恩 山東省平陰縣人民醫(yī)院;夏季需防低血鉀[N];中國中醫(yī)藥報(bào);2009年

5 本報(bào)記者 周麗;傅向華：心梗猝死多與低血鉀有關(guān)[N];河北日?qǐng)?bào);2012年

6 江蘇 副主任醫(yī)師 徐棟華;喝水不當(dāng)也惹病[N];家庭醫(yī)生報(bào);2004年

7 曹一杰;家庭營養(yǎng)6條準(zhǔn)則[N];山西科技報(bào);2004年

8 副主任醫(yī)師 李欽儔;食物調(diào)“壓”有高招[N];家庭醫(yī)生報(bào);2003年

9 空軍總醫(yī)院風(fēng)濕腎病科 張赤兵;透析患者如何日常調(diào)理[N];健康報(bào);2009年

10 韓穎;伏天補(bǔ)鉀防軟癱[N];醫(yī)藥養(yǎng)生保健報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 夏國良;基于金屬有機(jī)框架化合物制備鋰/鉀離子電池負(fù)極材料與電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 張偉;介觀結(jié)構(gòu)多孔配位晶體及衍生物鈉、鉀離子存儲(chǔ)性質(zhì)研究[D];華東師范大學(xué);2018年

3 鄧七九;幾種有機(jī)電極材料的改性及儲(chǔ)能機(jī)理研究[D];電子科技大學(xué);2017年

4 梁振濤;藥物對(duì)電壓門控Kv1.3和Kv1.5的阻斷效應(yīng)和意義研究[D];華中科技大學(xué);2008年

5 劉月;幾種二氧化錳晶體和表面結(jié)構(gòu)的理論研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2014年

6 劉穎慧;發(fā)菜耐旱與復(fù)水過程中生理活性的恢復(fù)[D];華中師范大學(xué);2012年

7 王玉倩;小麥根系非選擇性陽離子通道（NSCCs）在鉀離子跨膜轉(zhuǎn)移的地位和作用[D];揚(yáng)州大學(xué);2010年

8 趙婧;基于金納米顆粒構(gòu)建新型生物傳感器的研究[D];南京大學(xué);2011年

9 王夢(mèng)航;人工內(nèi)耳淋巴液模擬環(huán)境對(duì)嗅球神經(jīng)干細(xì)胞體外培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)性研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2010年

10 趙經(jīng)文;釀酒酵母耐鋰鹽的分子機(jī)理研究[D];天津大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鳳帥帥;二次電池金屬—有機(jī)框架的改性及儲(chǔ)能機(jī)理研究[D];西安理工大學(xué);2019年

2 趙瑾;有機(jī)電極材料在鉀離子電池中電化學(xué)性能的研究[D];天津大學(xué);2018年

3 李娜;T-Nb_2O_5的制備及其在鉀離子電池中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院);2019年

4 鄒劍;二維層狀材料作為鉀離子電池電極材料的研究[D];電子科技大學(xué);2018年

5 姚穎;分子篩的鉀離子交換研究[D];天津大學(xué);2014年

6 張正楊;鉀離子抗血管鈣化的分子機(jī)制研究[D];川北醫(yī)學(xué)院;2014年

7 趙亮;合成鉀離子吸附劑離子交換特性的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2008年

8 鄧桂芳;環(huán)境因素對(duì)玉米根系鉀離子跨膜轉(zhuǎn)移的影響[D];揚(yáng)州大學(xué);2008年

9 張成林;低成本鉀離子電池電極材料的研究[D];上海大學(xué);2017年

10 王士釗;斜發(fā)沸石對(duì)鉀離子交換特性的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2002年

本文編號(hào)：2721496