【摘 要】
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近年来,多价离子电池备受关注,其中以铝离子电池为代表。铝资源相对比较丰富,是地壳中最丰富的金属(占比为7.73%),铝常用作电池负极,是一种高能量载体。它的理论比容量达到2980 mAh g-1,开采量是金属锂的1000多倍,其低廉的价格,安全稳定的特性,使得可回收再利用,且对环境的污染比较低,所以金属铝为最理想的电池负极材料。铝离子电池中研究最多的是正极材料,但是除了石墨和石墨烯作为正极材料的电
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近年来,多价离子电池备受关注,其中以铝离子电池为代表。铝资源相对比较丰富,是地壳中最丰富的金属(占比为7.73%),铝常用作电池负极,是一种高能量载体。它的理论比容量达到2980 mAh g-1,开采量是金属锂的1000多倍,其低廉的价格,安全稳定的特性,使得可回收再利用,且对环境的污染比较低,所以金属铝为最理想的电池负极材料。铝离子电池中研究最多的是正极材料,但是除了石墨和石墨烯作为正极材料的电池具有比较好的电化学性能外,其他的铝离子电池由于正极材料的体积膨胀和结构分解而表现出较差的电化学性能,限制了铝离子电池的实用化和商业化。一维石墨化多壁碳管作为正极材料时,铝-碳管电池表现出优异的电化学性能。本论文分别以四种不同外径尺寸和长度的石墨化多壁碳纳米管(MWCNT)为正极、金属铝为负极、氯化铝/氯化1-乙基-3-甲基咪唑(AlC13/[EMIm]Cl)离子液体作为电解液,玻璃纤维为隔离膜的制备了不同的铝离子电池,对铝离子电池的电化学性能进行详细的研究。主要研究内容如下:(1)通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射波谱、拉曼光谱等表征手法对正极材料进行了表征,分析尺寸不同的材料组成、物质的相貌及晶体结构等不同之处,四种MWCNT均显示出清晰的中空管状结构和良好的石墨结构。(2)通过充放电测试、阻抗测试、倍率性能测试和循环伏安曲线测试等对铝离子电池的电化学性能进行了对比研究,各种电池展现出不同的电化学性能,结果表明外径小、长度大的石墨化多壁碳纳米管作为正极材料时表现出的比容量最高,即高长径比的石墨化多壁碳纳米管材料表现出的比容量最高。(3)通过对循环伏安曲线数据的处理,结果展现出高长径比的MWCNT正极的铝离子电池的电化学过程主要由嵌入/脱嵌(电池)行为而不是吸附/脱附(电容器)行为决定。连同MWCNT正极的材料表征和电化学性能,证实嵌入或吸附到MWCNT上的AlCl4-的主要途径和次要途径分别是存在缺陷的基面和两端的边缘面。
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