新型锂离子和钠离子电化学储能器件负极材料的研究

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随着自然资源的不断匮乏和环境恶化,人们社会对能源的消费和利用需求不断增长。开发新型的储能器件成为当务之急。钠离子储能器件具有材料来源广泛、价格低廉和安全性高等优点。在该种器件中,可以采用传统的碳材料(如活性炭、石墨等)或者导电聚合物作为正极材料存储阴离子。而寻找理想的负极材料是目前钠离子储能器件的研究重点和难点。我的研究工作就是致力于寻找并研究性能优良的存储钠离子储能器件负极材料。在经过反复的尝试与探索之后,确定了钛酸钠、二硫化钼和三氧化钼这三种材料作为研究重点,并且围绕这三种材料,做了以下几部分工作:  1.采用水热法合成了钛酸钠纳米管状材料,详细考察了钛酸钠纳米管在钠离子有机电解液中的电化学特性。研究结果表明钛酸钠纳米管具有较好的倍率特性和长循环性能。并将钛酸钠纳米管用于有机系钠离子电容器(钛酸钠纳米管/Na+/石墨)的负极,详细考察了电容器的电化学性能。研究表明,电容器的工作电压达3.5 V,其能量密度可高达60 Wh kg-1,其长循环性能非常优良。  2.试图研究清楚钛酸钠纳米管的储钠机理,并与体相钛酸钠材料进行对比。采用固相法合成钛酸钠Na2Ti3O7体相材料。以两种材料为正极、金属钠为负极组装了半电池,对其进行充放电测试。在充放电的不同阶段对正极材料进行非现场扫描电镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱和固体核磁测试,对两种材料的储钠行为进行了对比和总结。研究结果表明钛酸钠纳米管的储钠机理与体相Na2Ti3O7材料并不相同。  3.(1)采用商业化二硫化钼作为负极材料,详细考察了其在锂离子有机电解液中的电化学特性。将其用于有机系锂离子电容器(商业化二硫化钼/Li+/AC)的负极,详细考察了电容器的电化学性能。研究表明,电容器的工作电压达3.4V,具有较高能量密度和功率密度。(2)采用水热法合成二硫化钼/碳复合材料,详细考察了二硫化钼/碳复合材料在钠离子有机电解液中的电化学特性。并将二硫化钼/碳复合材料用于有机系钠离子器件的负极,石墨和活性炭作为正极,组装了钠离子储能器件,并详细考察了器件的电化学性能。  4.(1)采用商业化三氧化钼作为负极材料,详细考察了其在钠离子有机电解液中的电化学特性。将商业化三氧化钼用于有机系钠离子电容器(商业化三氧化钼/Na+/AC)的负极,详细考察了电容器的电化学性能。研究表明,电容器的工作电压达3V,具有较高能量密度和功率密度。(2)合成三氧化钼纳米材料,详细考察了三氧化钼纳米材料在钠离子有机电解液中的电化学特性。并将三氧化钼纳米材料用于有机系钠离子器件的负极,石墨和活性炭作为正极,组装了钠离子储能器件,并详细考察了器件的电化学性能。
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