硫化銦（In₂S₃）屬于典型的過(guò)渡金屬硫化物,有希望成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的備選負(fù)極材料。然而,In₂S₃在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域中只有少量報(bào)道,且電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理尚未明確。In₂S₃在具備高容量的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),也有其不可忽視的缺點(diǎn)。純相的In₂S₃材料在充放電過(guò)程中通常伴隨著大的體積膨脹,使其電化學(xué)性能不夠理想,因此,將In₂S₃與碳基體進(jìn)行原位復(fù)合會(huì)是一種可行的改性辦法。在這份工作中,首次通過(guò)一種簡(jiǎn)單的靜電紡絲方法及隨后的退火處理制備了In₂S₃/C納米纖維復(fù)合材料以改進(jìn)In₂S₃的電化學(xué)性能。對(duì)In₂S₃/C納米纖維復(fù)合材料進(jìn)行了一系列測(cè)試以表征該材料的各項(xiàng)物理性質(zhì),并測(cè)試了該材料作為鋰離子電池、鈉離子電池和鉀離子電池陽(yáng)極時(shí)的電化學(xué)性能。主要工作內(nèi)容包括:... 

【文章來(lái)源】：湘潭大學(xué)湖南省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖[8]

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文In2S3/C納米纖維負(fù)極材料的制備及其儲(chǔ)能性能研究3脫嵌，并伴隨著相同摩爾量的電子的移動(dòng)。鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程可具體表現(xiàn)為在充電狀態(tài)時(shí)，鋰離子從正極脫出進(jìn)入電解液，電解液中的鋰離子順著濃度差運(yùn)動(dòng)到負(fù)極并嵌入其中，同時(shí)電子從陽(yáng)極順著電路移動(dòng)到陰極。放電過(guò)程則與之相反，以完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。值得一提的是，在放電過(guò)程中回到正極的鋰離子越多，電池的容量也就越高。圖1.2鋰離子電池工作原理[9]目前鋰離子電池正極材料已得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的有錳酸鋰[10]、磷酸鐵鋰[11]、三元金屬氧化物[12]等，其中三元金屬氧化物如鎳鈷錳三元材料是目前最具優(yōu)勢(shì)的正極材料，既結(jié)合了鎳酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰材料各自的長(zhǎng)處，又能在一定程度上優(yōu)化各自的短處。鋰離子電池的負(fù)極材料以石墨材料為主，此外鈦酸鋰材料也有小批量試用。金屬合金和過(guò)渡金屬氧族化合物等負(fù)極材料因其遠(yuǎn)高于石墨（372mAhg-1）的理論容量而受到關(guān)注，但放電過(guò)程中電極的體積膨脹會(huì)帶來(lái)容量的衰減[13]。鋰離子電池電解液以溶有鋰鹽的有機(jī)溶液為主[14]，目前，常用的的是LiPF6、LiBF4和LiClO4和碳酸酯類(lèi)有機(jī)溶劑。固態(tài)電解質(zhì)是未來(lái)電解質(zhì)發(fā)展的趨勢(shì)，可有效避免漏液、爆炸等安全隱患。隔膜對(duì)保證電池安全，實(shí)現(xiàn)充放電功能具有重要作用，提高強(qiáng)度以及增加比表面積是今后的研究重點(diǎn)。對(duì)隔膜材料進(jìn)行表面改性處理和薄型化是現(xiàn)在主流的發(fā)展趨勢(shì)[15]。1.3鈉離子電池1.3.1鈉離子電池概述鋰離子電池對(duì)新能源技術(shù)的發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)，然而隨著電動(dòng)汽車(chē)等新能源產(chǎn)業(yè)的迅速擴(kuò)張，全球鋰資源正面臨逐漸枯竭的危機(jī)。我國(guó)鋰資源儲(chǔ)量位居全球第四，占全球鋰儲(chǔ)量的13.2%，然而仍有80%的鋰供應(yīng)依賴(lài)進(jìn)口[16]。為了應(yīng)對(duì)未來(lái)將持續(xù)擴(kuò)大的能源需求，尋找可以替代鋰?

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文In2S3/C納米纖維負(fù)極材料的制備及其儲(chǔ)能性能研究6裝及廢鉀處理有極高的要求，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化進(jìn)程更是不可能一蹴而就。即使鉀離子電池有著不可忽視的弱點(diǎn)，但其優(yōu)勢(shì)也非常明顯，除了鉀元素豐富的資源儲(chǔ)量外（地殼豐度為2.59%），還主要表現(xiàn)在它的理論性能上。首先，鉀有著比鈉更低的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(-2.94Vvs.K+/K，-2.71Vvs.Na+/Na)，在碳酸丙烯酯（PC）電解液中，其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)甚至低于鋰(-2.88Vvs.K+/K，-2.79Vvs.Li+/Li)，這意味著更高的電池電壓[34]。其次，鉀離子的路易斯酸度在這三種堿金屬離子中是最弱的，形成的溶劑化離子最小，因此鉀離子的離子電導(dǎo)率和界面擴(kuò)散速度要更出色[35]。此外，鉀離子的離子半徑雖然較大，但卻可以可逆地嵌入石墨中，理論比容量達(dá)273mAhg-1。鉀元素與鋰元素和鈉元素的區(qū)別可參考表1.1。表1.1鋰、鈉、鉀元素的對(duì)比[36]元素原子量g/mol離子半徑標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)Vvs.SHE地殼豐度%碳酸鹽價(jià)格$/tLi6.940.76-3.030.00655000Na22.991.02-2.712.83150K39.11.38-2.942.59890基于鉀離子電池特有的優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)下鉀離子電池的研究重點(diǎn)主要集中于研發(fā)具有高能量密度和優(yōu)越的電化學(xué)穩(wěn)定性的電極材料。目前已有多種適用于鉀離子電池的電極材料得以被開(kāi)發(fā)，如圖1.4所示。圖1.4鉀離子電池電極材料體系[37]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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