本文關(guān)鍵詞：層狀前體法摻雜碳納米結(jié)構(gòu)的制備及電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 插層水滑石 類水滑石 無(wú)定型碳復(fù)合物 二次電池 負(fù)極材料 超級(jí)電容器 循環(huán)耐久性

【摘要】：鋰離子電池,鈉離子電池和超級(jí)電容器,作為21世紀(jì)最有前景的能源儲(chǔ)存裝置之一受到了人們的廣泛關(guān)注。但如今的電池材料在其比容量,體積密度和功率密度,都很難滿足人們對(duì)于高性能電池的日益增長(zhǎng)的需求,尤其是在移動(dòng)式類型電子便攜設(shè)備,電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)方面的需求量更是巨大。在此基礎(chǔ)上,我們發(fā)現(xiàn),具有較高比表面積,適宜孔徑體積以及較強(qiáng)導(dǎo)電性的碳電極材料無(wú)疑會(huì)很大程度上提高這些二次電池和超級(jí)電容器的比容量,增強(qiáng)電子和離子傳輸速度,縮短其離子傳輸路徑。近些年來(lái),水滑石及類水滑石材料在電化學(xué)方面的應(yīng)用引起了廣泛的研究興趣。本文利用高溫處理,酸性刻蝕等手段處理類水滑石前體材料(CoFeAl-LDH, NiAl-LDH),利用水滑石獨(dú)特的插層特性制備得到了雜原子摻雜的,具有較寬孔徑分布,較高比表面積的碳活性材料(N-doped C和S-doped C),其表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)活性和穩(wěn)定性。本論文主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)采用成核和晶化隔離(SNAS)步驟的方法制備出CoFeAl-LDH,在與三聚氰胺物理混合制備得到CoFeAl-LDH/M后,經(jīng)焙燒,酸處理設(shè)計(jì)后得到氮摻雜的無(wú)定型碳(NAC)納米復(fù)合物。由于雜原子N的影響,該復(fù)合物相對(duì)于單純的碳材料來(lái)說(shuō),其本身的導(dǎo)電特性,比表面積及孔徑分布都有部分提高。電化學(xué)測(cè)試表明,其較商業(yè)化的石墨電極相比有著較高的比容量和電池循環(huán)穩(wěn)定。與此同時(shí),這種氮摻雜材料還表現(xiàn)除了優(yōu)良的超級(jí)電容器性能。(2)一步法將選用得到的不同雜原子的有機(jī)物質(zhì)插層到NiAl-LDH層間,經(jīng)過(guò)熱,酸處理得到硫摻雜的無(wú)定型介孔碳(SMAC)和非摻雜的無(wú)定型介孔碳(NMAC)。這兩種電極材料無(wú)論是作為鋰電池負(fù)極材料還是鈉電池負(fù)極材料都表現(xiàn)出了較高的比容量和循環(huán)耐久性。并根據(jù)水滑石生長(zhǎng)機(jī)制和特性,系統(tǒng)研究了溫度對(duì)于材料的結(jié)構(gòu)的影響,認(rèn)為在適宜焙燒溫度(700℃)得到的材料具有最佳的電化學(xué)性能特征。這種方法簡(jiǎn)單高效且可大批量制備硫摻雜的介孔無(wú)定型碳結(jié)構(gòu)材料。
【關(guān)鍵詞】：插層水滑石 類水滑石 無(wú)定型碳復(fù)合物 二次電池 負(fù)極材料 超級(jí)電容器 循環(huán)耐久性
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM53;TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 研究背景13
• 1.2 鋰離子電池和鈉離子電池概述13-26
• 1.2.1 鋰離子電池概述,組成及其工作原理13-16
• 1.2.2 鋰離子電池負(fù)極材料16-22
• 1.2.3 鈉離子電池概述,組成及其工作原理22-23
• 1.2.4 鈉離子電池負(fù)極材料23-25
• 1.2.5 超級(jí)電容器材料25-26
• 1.3 水滑石概述26-30
• 1.3.1 水滑石的結(jié)構(gòu)特性26-27
• 1.3.2 水滑石的性質(zhì)27-28
• 1.3.3 水滑石的應(yīng)用28-29
• 1.3.4 水滑石作為電池負(fù)極材料29-30
• 1.4 本課題研究?jī)?nèi)容、目的和意義30-33
• 1.4.1 選題的目的及意義30
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容30-33
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分33-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品33
• 2.2 測(cè)試使用儀器33-34
• 2.3 納米材料表征34-35
• 2.3.1 X射線粉末衍射(XRD)34
• 2.3.2 電鏡分析(SEM,TEM和HRTEM)34-35
• 2.3.3 拉曼光譜分析(Raman)35
• 2.3.4 X射線光電子能譜(XPS)35
• 2.3.5 程序升溫物理吸附儀(BET)35
• 2.4 電極材料制備及電池測(cè)試參數(shù)35-37
• 2.4.1 負(fù)極材料的制備35
• 2.4.2 電池性能測(cè)試35-37
• 第三章 層狀前體法氮摻雜無(wú)定型碳納米復(fù)合材料的制備及其鋰離子電池和超級(jí)電容器性能研究37-47
• 3.1 引言37-38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)38
• 3.3 氮摻雜無(wú)定型碳納米復(fù)合物的表征38-45
• 3.3.1 XRD表征38-39
• 3.3.2 氮摻雜無(wú)定形碳的形貌于結(jié)構(gòu)表征39-40
• 3.3.3 氮摻雜無(wú)定型碳的光電子能譜分析(XPS)40-41
• 3.3.4 氮摻雜無(wú)定型碳的電池性能研究41-43
• 3.3.5 氮摻雜無(wú)定型碳的超級(jí)電容器性能研究43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 層狀前體法硫摻雜無(wú)定型介孔碳材料的倒備及其鋰離子電池性能研究47-59
• 4.1 引言47-48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48
• 4.3 結(jié)果與討論48-57
• 4.3.1 硫摻雜介孔無(wú)定型碳材料的簡(jiǎn)要制備流程48-49
• 4.3.2 硫摻雜介孔無(wú)定型碳材料的結(jié)構(gòu)表征49-50
• 4.3.3 SEM和TEM表征50-51
• 4.3.4 Raman,N_2吸脫附及XPS表征51-53
• 4.3.5 SMAC與NMAC的電化學(xué)性能53-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 結(jié)論59-61
• 本論文創(chuàng)新點(diǎn)61-63
• 參考文獻(xiàn)63-73
• 致謝73-75
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75-77
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介77-78
• 附件78-79

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