论文部分内容阅读
铝离子电池由于其独特的三个电子参与氧化还原反应特性，使其具有高的理论容量，加之良好的安全特性、低的可燃性、低廉的成本，因此，其被认为是一种很有前途的新型储能器件。此外，由于过渡金属硫化物的S2-离子和Al3+离子之间有较弱的离子键，有利于Al3+的嵌入/脱出正极材料，因此被视为铝离子电池正极材料很好的候选材料。本文通过水热法制备出系列过渡金属硫化物正极材料，优选出最佳工艺条件并对正极材料进行性能测试、表征，最后建立了性能优化机理模型，主要内容如下： （1）以泡沫Ni和硫代乙酰胺为原料，通过原位合成的方法直接在泡沫Ni基板上合成出了3D山峰形Ni3S2/Ni正极材料。着重研究了硫代乙酰胺浓度、反应温度及反应时间等工艺参数对电化学性能的影响规律，并通过条件实验优选出制备Ni3S2/Ni的工艺参数。研究结果表明，优选工艺参数为：硫代乙酰胺浓度为0.33mMol/L、反应温度为150℃、反应时间为15h。优选工艺条件下，制备产物具有较大放电容量（236mAh/g），较高的放电电压平台（0.7V）以及良好的循环稳定性（90次循环）。此外，基于实验和第一性原理计算，揭示了Ni3S2/Ni正极材料的充放电机理为Al3+嵌入/脱出Ni3S2正极材料形成AlxNi3S2固溶体。 （2）以钼酸钠和硫代乙酰胺为原料，去离子水为溶剂，采用水热法制备出具有优异电化学性能的花瓣状纳米结构MoS2正极材料。着重研究了反应温度、反应时间等工艺参数对产物形貌及电化学性能的影响规律，并通过条件实验优选出制备MoS2的工艺参数。研究结果表明，优选工艺参数为：反应温度200℃、反应时间为28小时。优选工艺条件下，制备产物的首次放电容量可以达到127.8mAh/g，经过50次循环，电池的放电容量依然维持在44.4mAh/g左右，库伦效率维持在110％。此外，基于电化学反应示意图和电化学反应方程式，揭示了MoS2正极材料的充放电机理。 （3）以氯化钴为钴源，硫脲为硫源，去离子水和乙二醇为溶剂，采用水热的方法制备出具有优异电化学性能绣球形纳米结构CoS正极材料。着重研究了反应温度、反应时间等工艺参数对产物形貌及电化学性能的影响规律，并通过条件实验优选出制备CoS的工艺参数。研究结果表明，优选工艺参数为：反应温度为150℃、反应时间为15h时。优选工艺条件下，制备产物具有最大的放电容量（179.2mAh/g），高的放电电压平台（0.55V），好的循环稳定性（50次循环）。此外，基于电化学基本原理，揭示了CoS正极材料的充放电机理。