金属硼氢化物与碳材料的相互作用及其储能特性研究

发布时间：2020-05-14 18:19

【摘要】：金属硼氢化物具有较高的含氢容量,可以作为优异的储氢介质,但其热稳定性较高限制了其实际应用。添加碳材料可以有效改善金属硼氢化物的储氢性能,这可能归因于纳米化、界面或者C的催化作用等。因此,本文在综述最新研究进展的基础上,选取石墨、单壁纳米碳管、多壁纳米碳管和石墨烯四种不同结构的碳材料,借助粉末X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDS)、恒容-压力差Sievert法(PCT)、扫描电子显微镜(TEM)、循环伏安法(CV)、恒流充放电和电化学阻抗谱(EIS)等技术手段,系统研究了原位生成金属硼氢化物与不同碳材料的内在相互作用。并考察了碳材料对金属硼氢化物的储氢性能、以及金属硼氢化物对碳材料储电性能的影响。所得主要研究结果如下:(1)以石墨作为碳源,以LiBH_4和KCl为原位反应的反应物,通过添加石墨作为催化剂,通过机械球磨的方法。探究石墨对这类金属卤化物与LiBH_4会产生何种影响,通过比较各金属卤化物与Li BH_4产物的储氢性能得到石墨的添加在影响原位反应的同时会对材料的储氢性能产生的影响。结果表明碳材料对硼氢化物原位反应有促进作用,并且硼氢化物的储氢能力也得到显著提高。另一方面,硼氢化物的原位反应对碳材料具有解离效应。(2)以石墨粉(Graphite)、单壁纳米碳管(SWCNT)、多壁纳米碳管(MWCNT)、石墨烯(Graphene)作为复合体系的碳源,采用机械球磨的方法制备硼氢化物原位反应体系KCl+LiBH_4(下文以B代替)与碳材料质量比例为5:5的复合材料。对材料进行500℃下加热3个小时的热处理得到电极材料。并且通过对碳材料的电化学性能进行研究,探究出硼氢化物与金属卤化物的原位反应能够显著提高碳材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。(3)以石墨作为碳源,以LiBH_4和KCl为原位反应的反应物。将这种复合材料制作成锂离子电池的负极材料并通过调节硼氢化物原位反应体系中石墨的相对含量来研究硼氢化物原位反应对石墨电化学性能改善机制。探索出在碳材料和硼氢化物原位反应体系中,G/B=1:9材料的电化学性能最优。即复合体系中碳材料的相对含量越小,复合体系的电化学性能越好。
【图文】：

原理图,原理图,正极材料

铝箔组成的集流体。电解质常用的是有机电解质液体和新型的固态电解质锂离子的传输提供通道，，另一方也提供部分锂源。负极则是由石墨化的碳组成的电流收集体组成。隔膜的作用是用来隔开电池的正负极，防止电池接触发生短路。锂离子电池的通用化学表达式为：( ) 6 2( ) 图 1.1 为典型的锂离子电池的工作原理示意图。充电过程中，首先在电下正极材料中的 Li+从正极材料的晶格中脱出，然后通过电解液向负极移入到负极碳材料的层状结构中，这个过程是将电能转换成化学能的过程。，Li+从负极碳材料的层状结构中脱嵌，经过电解液迁移并嵌入到正极材料，正极材料的结构得以复原，在放电过程中 Li+迁移回正极形成电势差，成电流实现化学能转化成电能。电极的总反应如下：正极： o 2 1 2 负极： 6 6总反应： 6 o 2 6 1 2

层状,氧化镍,正极材料

图 1.2 层状 LiCoO2结构[15]Fig 1.2 Layered LiCoO2Structure常用的具有层状结构正极材料为 LiNiO2。氧化镍锂用前景的正极材料，实际容量约 200mAh/g，并且对具有更大的优势。氧化镍锂和钴酸锂的晶体结构相，a=0.2886nm，c=1.4214nm。LiNiO2是研究较多足，循环性能差、稳定性较差，主要是由于在充放(r=0.068 nm)小于 Li 的离子半径(r=0.076 nm)，在发的 Ni3+(r=0.056 nm)，这样由于半径减小结构之间会塌，锂离子再次嵌入过程困难导致材料的容量减少结构材料构的 LiMn2O4热稳定性好，具有三维隧道结构，在 Li，16 个 Mn，32 个 O。Li+和 Mn3+/4+各自位于立方八面体位置。充电过程中 Li+从 LiMn2O4脱出会使
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】