【摘 要】
：
近年来,随着电子产品以及新能源电动汽车的快速发展,以锂离子电池为主导的碱性金属离子电池是其主要的电化学动力源,其相应的性能要求也不断提高,包含循环寿命、能量密度、功率密度以及热安全性等。然而,目前广泛作为负极材料的石墨已经远远不能满足技术发展的需求,产学界亟需开发高性能负极材料。特别是,基于转化反应储电机制的高容量金属氧化物负极材料得到广泛关注;但其在循环过程中普遍存在的体积效应以及电导欠佳的窘境
论文部分内容阅读
近年来,随着电子产品以及新能源电动汽车的快速发展,以锂离子电池为主导的碱性金属离子电池是其主要的电化学动力源,其相应的性能要求也不断提高,包含循环寿命、能量密度、功率密度以及热安全性等。然而,目前广泛作为负极材料的石墨已经远远不能满足技术发展的需求,产学界亟需开发高性能负极材料。特别是,基于转化反应储电机制的高容量金属氧化物负极材料得到广泛关注;但其在循环过程中普遍存在的体积效应以及电导欠佳的窘境,亟需得到改善。同时,碳材料具备优异的导电性和循环稳定性等优点,但其较低的理论容量阻碍了电池性能的提高。碳材料/金属氧化物复合材料因能够兼顾碳材料的高电导率和金属氧化物高理论容量而一直被认为是很有前景的锂离子电池负极材料。因而,设计制备高性能碳材料/金属氧化物复合材料是重要的研究方向。尽管锂离子电池具有诸多优势,但锂资源的短缺是其进一步发展的显著短板。钾离子电池作为目前蓬勃发展的替代技术之一被人们寄予厚望,同时研究发现,以石墨为代表的碳材料在作为钾离子电池负极时,可实现279 m Ah/g的理论容量。但目前所报道的碳材料能量密度及循环寿命并不理想,因此发展碳负极材料对提升钾离子电池性能进而对其能源动力及储能应用都具有重要意义。因此,本论文以纳米碳负极材料、过渡金属氧化物负极材料以及金属氧化物碳复合材料为研究对象,重点研究金属氧化物材料的微结构调制、碳纳米材料的孔道构筑、以及碳材料的电导增强对锂/钾离子电池的负极性能的提升机制。主要研究内容如下:（1）采用湿化学法合成MWNTs@Mn Co2O4@Gs纳米复合材料,双层Mn Co2O4颗粒均匀附着在碳纳米管上,并用石墨烯进行包裹。当MWNTs@Mn Co2O4@Gs作为锂离子电池负极材料,在200 m A/g的电流密度下经过300次循环后,可逆容量仍高达1094 m Ah/g;在1.0和3.0 A/g的大电流密度下,MWNTs@Mn Co2O4@Gs循环80次后可逆容量保持在752和520 m Ah/g,远远大于没有Gs包覆时的容量155和125 m Ah/g。实验结果表明,石墨烯包覆及多壁碳管所构筑的预留空间结构有效缓解Li+嵌入/脱出过程中引起的体积膨胀,减轻材料的粉化和团聚现象;同时,高导电性的石墨烯和多壁碳管增强材料电导性,促进离子/电子输运,从而提高其电池性能。（2）以乙酸锌为金属离子源,2-甲基咪唑为配体,聚丙烯腈为碳源,聚甲基丙烯酸甲酯为造孔剂,基于模版造孔法和电纺丝技术设计制备了分级孔道串珠结构的碳纳米纤维负极材料（ZIF-8/P-CNFs）,该材料具备701.2 m~2/g的大比表面积和丰富的孔道结构,将材料作为锂离子电池负极测试时,展现出优异的性能:在0.2 A/g的电流密度下循环200次后释放出692.9 m Ah/g的高可逆容量,在0.6 A/g的电流密度下循环660次后,放电比容量仍保持在632.7 m Ah/g,电池性能远优于纯ZIF-8和P-CNFs负极材料。ZIF-8/P-CNFs电化学性能的改善主要得益于其分级多孔结构,不仅能够提供额外嵌锂位点,同时增加电极与电解质的接触面积,从而大大提高离子/电子迁移动力学及电池性能。（3）通过简便的静电纺丝法设计合成表面具有丰富缺陷的多孔氮掺杂碳纳米纤维（P-NCNFs）。将其作为钾离子电池负极材料测试时,P-NCNFs显示出出色的电化学性能:在0.05 A/g下循环3300次后可逆比容量为216 m Ah/g,在较大的电流密度1.0 A/g下循环2000次后仍具有165 m Ah/g的可逆容量,并且还具有良好的倍率性能,性能优于无N掺杂及未造孔处理的CNF。研究表明,氮掺杂会诱导更多缺陷从而提供额外储钾活性位点并提高材料电导率,同时内部交联的多孔结构能够有效缩短离子/电子的传输路径,促进电解液在电极中的渗透,缓解浓差极化,最终提高钾离子电池性能。
其他文献
中国高考评价体系提出“一核四层四翼”的概念,回答了“为什么考?考什么?怎么考?”的问题,构建了完整的科学的命题路径、方法,为高考命题从“知识立意、能力立意”向“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”转变提供了理论和实践的基础。中国高考评价体系明确将情境作为评价的载体,普通高中生物学课程标准也明确提出,生物学核心素养是在解决真实情境下的生物学问题表现出来的价值观念、必备知识与关键能力,情境化试题便
近等原子比的镍钛合金（NiTi）拥有优异的耐腐蚀性、耐磨性以及良好的力学性、生物相容性而被广泛应用于各工程领域,而最受关注的则是独特的形状记忆性,这是它常应用于航空航天、汽车工业以及医疗器械领域最重要的功能特性,例如口腔矫正丝。但也正由于这些优点和化学活泼性,导致在传统制造、机加工过程中难以控制成分以及精确的结构,使后续的应用多为丝、棒、板与管状等简单几何。这极大限制了Ni-Ti系形状记忆合金的应
Janus球形粒子因其特殊的化学组成广泛地应用于固体表面活性剂、聚合物界面增容、生物医药等领域,Janus纳米片比Janus球形粒子具有更高的界面能。本论文采用溶胶-凝胶法合成Janus纳米片,研究了Janus纳米片对环氧树脂（EP）、水凝胶的增韧增强作用以及Janus智能水凝胶的制备与应用。主要研究内容和结果如下:1、采用溶胶-凝胶法合成了两种Janus纳米片,即一侧是氨基一侧是双键的纳米片（J
瑞利-泰勒（Rayleigh-Taylor,RT）不稳定性广泛存在于自然界和工程领域中,例如惯性约束聚变、超新星爆炸、Z箍缩等离子体、量子磁化等离子体、胶体混合物等.众所周知,流体力学中的RT不稳定性仍有许多问题亟待解决.理论研究可以很好的获得一些特定图像和规律,但是其需要特定的假设条件,且考虑相对简单,导致所得规律与实际情况差别较大.而实验方法常常遇到实验器材价格昂贵、可重复性差、甚至操作危险性
当前高中导数单元的教学存在数学内容和数学思维的碎片化,导致学生知识的零碎性和数学思维的断续,出现“伪学习”现象.逆向单元教学设计能有效地改善当前教学现状和学习现状,帮助教师对课程的整体把握和教学内容的深层次理解,提升教学有效性;帮助学生建构知识体系,理解知识本质,学会学习.本研究对逆向教学设计和单元教学设计已有研究成果进行了梳理,阐述了逆向教学设计和单元教学设计内涵,建立了理论基础.采用问卷调查和
手性是自然界的基本属性之一,手性化合物在医药、生物、食品和农业等许多领域都有广泛应用。手性化合物的活性和其光学纯度密切相关,因此高效合成和检测手性化合物是手性研究的主要内容。本文开发了手性β-高谷氨酸的合成新方法,并对新型手性金属NMR识别试剂进行了初步探索,主要分为以下两大部分:第一部分:手性β-高谷氨酸的合成新方法手性β-高谷氨基酸是重要的药物中间体,现有的合成技术存在着产量低,合成步骤复杂繁
肿瘤的生物力学特性与其发生、进展密切相关。从分子和细胞到组织和器官,机械力几乎参与了各个层次的生命活动。因此,肿瘤生物力学特性的研究可以提供关于癌症进展机制的信息,并可能提供用于诊断和治疗预后的新方法。本实验以前列腺肿瘤细胞和组织为研究对象,利用AFM研究在前列腺癌进展过程中,肿瘤力学特性的差异。结合聚类分析方法,评估肿瘤组织的细胞区域和非细胞区域的黏弹性,以描述疾病状态引起的组织力学特性的变化程
裸藻（Euglena）属于单细胞淡水藻类,可以合成多不饱和脂肪酸、副淀粉等多种活性物质,已被广泛应用于食品、制药与饲料等领域。本文以纤细裸藻（Euglena gracilis FACHB-848）为研究对象,筛选适合该藻生长和活性物质合成的培养基;随后,评估培养基中的碳氮源种类及其浓度对裸藻生长的影响;最后,研发绿色集成技术联产提取裸藻油脂和副淀粉,为工业化开发裸藻提供实践依据。主要研究结果如下:
21世纪是高度信息化、全球化、数字化的时代,伴随着科学技术的迅猛发展,“高速度、高效率、高质量”的时代要求使得人才的竞争日趋激烈,这都对现今的教育提出了更高的要求---未来社会需要的是具有更高层次思维能力的人才,也即拥有良好的批判思维能力、创造思维能力、问题求解能力以及科学决策能力的人才.因此,发展学生的高阶思维能力是适应社会、适应时代的必然要求,也是落实综合素质人才培养目标的有力支撑.本学位论文
血管靶向光动力疗法（Vascular targeted photodynamic therapy,V-PDT）作为治疗鲜红斑痣和恶性肿瘤的一种有效方法,通过利用光敏剂、光和氧的相互作用,产生单线态氧（Singlet oxygen,~1O2）以损伤细胞,造成细胞坏死或凋亡,进而达到治疗效果。~1O2产量与激光功率、血氧饱和度和光敏剂剂量密切相关,直接决定着V-PDT的最终疗效,因此,对V-PDT过程