有機(jī)分子被證明是一種可以應(yīng)用于鋰離子液流電池中的且極具吸引力的材料。但是,與有機(jī)分子相比,科研工作者們顯然對(duì)金屬有機(jī)物更感興趣,這主要是因?yàn)榻饘儆袡C(jī)物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在有機(jī)分子中,我們以含有羰基的有機(jī)分子為例,這些分子的氧化還原機(jī)理通常涉及到化學(xué)鍵的斷裂和生成,這些化學(xué)反應(yīng)過程往往會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的自由基生成。而這些自由基或許會(huì)引起副反應(yīng),因此在長期循環(huán)穩(wěn)定方面,電池需要進(jìn)一步的優(yōu)化。但是,在金屬有機(jī)物中,我們以過渡金屬有機(jī)配合物為例,這些分子的氧化還原機(jī)理通常只涉及到中心原子的價(jià)態(tài)變化,并且這些分子在氧化態(tài)和還愿態(tài)之間轉(zhuǎn)化的過程中沒有中間產(chǎn)物生成。此外,金屬有機(jī)物分子的電子軌道結(jié)構(gòu)變化所需的活化能比有機(jī)分子低,并且金屬有機(jī)物分子的氧化還原動(dòng)力學(xué)常數(shù)比那些應(yīng)用于鋰離子液流電池中的有機(jī)分子和其他氧化還原電對(duì)至少高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。1.基于鐵元素的有機(jī)配合物在鋰離子液流電池的應(yīng)用研究這里我們介紹了一種過渡金屬配合物液態(tài)陰極,[Fe(bpy)_3](BF_4)_2。這一液態(tài)陰極電對(duì)的氧化還原電壓約為4V(vs Li/Li~+)。當(dāng)我們使用這一液態(tài)陰極與Li_4Ti_5O_(12)陽極構(gòu)建全電池時(shí),全電池展現(xiàn)了超過2.2 V的工作電壓和較好的循環(huán)效率。據(jù)之前文獻(xiàn)中所報(bào)導(dǎo)過的方式對(duì)電池進(jìn)行組裝,使用溶有[Fe(bpy)_3](BF_4)_2的碳酸亞乙酯(EC)/碳酸二甲酯/(DMC)作為陰極電解液,一種鋰離子導(dǎo)電陶瓷作為隔膜,商用的Li_4Ti_5O_(12)作為陽極。實(shí)驗(yàn)中的測試結(jié)果一致地證明了使用過渡金屬有機(jī)配合物作為電活性材料在鋰離子液流電池中應(yīng)用的可行性。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了一條如何在電池中使用具有良好循環(huán)性能的過度金屬配合物活性材料的通用方式。2.基于鋅元素的低共熔混合物在鋰離子液流電池中的應(yīng)用研究發(fā)展基于新型化學(xué)機(jī)理的綠色電池是一項(xiàng)非常巨大的挑戰(zhàn),但這勢必會(huì)成為未來大家?guī)啄觋P(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)于大規(guī)模能量存儲(chǔ)技術(shù)而言,液流電池技術(shù)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),正在激發(fā)越來越多科研工作者的興趣。但是發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)人面臨諸多挑戰(zhàn),例如電池能量密度低、電解液的腐蝕性和毒性等等。這里我們使用儲(chǔ)量豐富且價(jià)格低廉的原材料合成了一種綠色的陽極材料—鋅低共融溶劑。這一液態(tài)陽極中,Zn~(2+)具有極好的溶解度,可以達(dá)到6.25 M,其中可利用的電活性的Zn~(2+)超過1.7 M,這使得電池可獲得大約90 Ah·L~(–1)可逆的體積能量密度。同時(shí),這一液態(tài)陽極具有很好的可逆性且氧化還原電壓相對(duì)較低,約為–0.9 V vs.SHE。這一液態(tài)陽極為鋅電池在大規(guī)模能量存儲(chǔ)方面的研究提供一種新的探索方式。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM912;O641.4
【部分圖文】：

1.1 (a) 為一個(gè)典型的鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和充放電原理圖，電池使用石墨為陽極材料，LiC陰極材料；(b) 為鋰離子電池正負(fù)極和常用有機(jī)電解液的能量示意圖電，Eg為電解液的穩(wěn)定窗口；(c) 為一個(gè)典型的全釩液流電池的結(jié)構(gòu)和充放電原理圖；(d)為室溫下，水溶電化學(xué)電勢窗口。1.2.2 鋰離子液流電池的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)原理鋰離子液流電池是一種新型的電化學(xué)能量存儲(chǔ)技術(shù)，它結(jié)合了鋰離子電池統(tǒng)液流電池兩者的優(yōu)勢。如圖 1.2 (a) 所示，鋰離子液流電池結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的液池結(jié)構(gòu)非常相似。鋰離子液流電池的陰極電解液由陰極活性材料溶解在合適中構(gòu)成，而陽極部分可以使用金屬鋰或者使用溶解在合適溶劑中的陽極活性。大量的陰極和陽極電解液則儲(chǔ)存在外部的儲(chǔ)液罐中，并通過外部的循環(huán)系電池主體部分相連。因此，電池的總?cè)萘靠梢酝ㄟ^儲(chǔ)液罐中電解液的體積來

過渡金屬有機(jī)配合物的鋰離子液流電池的研究 第一章用來阻止正負(fù)極直接接觸，同時(shí)在確保鋰離子可通過的情況下阻止活性物透，防止交叉污染。如圖 1.2 (b) 所示，以此典型的鋰離子液流電池示意圖為充電過程中，陰極電解液中的還原態(tài)活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)到正極集流體表面并失變?yōu)檠趸瘧B(tài)活性物質(zhì)，于此同時(shí)陽極電解液中的鋰離子或氧化態(tài)活性物質(zhì)負(fù)極集流體表面并得到電子變?yōu)榻饘黉嚮蜻�原態(tài)活性物質(zhì)。在充電過程中隨著鋰離子從陰極電解液到陽極電解液的擴(kuò)散，以此來平衡溶液中的電荷陰極電解液中的還原態(tài)活性物質(zhì)幾乎全部氧化為氧化態(tài)活性物質(zhì)或者陽極中的鋰離子或氧化態(tài)活性物質(zhì)幾乎全部還原為金屬鋰或還原態(tài)活性物質(zhì)時(shí)過程就結(jié)束了。而在放電過程中，陰極電解液中的氧化態(tài)活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)到流體表面并得到電子變?yōu)檫�原態(tài)活性物質(zhì)，于此同時(shí)陽極電解液中的金屬原態(tài)活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)到負(fù)極集流體表面并失去電子變?yōu)殇囯x子或還原態(tài)活。而鋰離子則是從陽極電解液擴(kuò)散到陰極電解液。整體過程與充電過程相反

屬有機(jī)配合物的鋰離子液流電池的研究 應(yīng)過程是在中性狀態(tài)和帶負(fù)電荷狀態(tài)之間變化的一類有機(jī)物。P機(jī)分子的氧化還原反應(yīng)過程是在中性狀態(tài)和帶正電荷狀態(tài)之間。而雙極性有機(jī)物指的是有機(jī)分子的氧化還原反應(yīng)過程可以在荷狀態(tài)之間變化，也可以在中性狀態(tài)和帶正電荷狀態(tài)之間變化
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