过渡金属钼酸盐的制备及其电化学性能的研究

发布时间：2020-05-22 03:02

【摘要】：在过去几十年里,化石能源的大量消耗与能源需要的不断增加迫使研究者们寻求可再生的清洁能源和发展相关的能源储存技术。在众多的储能技术中,锂离子电池由于其高能量密度和功率密度、长循环寿命而被广泛应用于电子设备、电动汽车等领域,同时钠离子电池也由于钠资源储量丰富、成本低廉而备受大规模储能的青睐。然而,目前锂离子电池和钠离子电池的发展并不能满足社会的需求,开发高性能的锂离子/钠离子电池电极材料至关重要。过渡金属钼酸盐由于其高理论容量、低成本、钼的多价态等优点被研究作为高性能锂离子/钠离子电池的负极材料,但是较差的电导率和较大的体积变化限制了其电化学性能。本文以过渡金属钼酸盐为研究对象,制备了两种金属钼酸盐纳米材料,对其进行物相表征和微观形貌表征,并研究其储锂、储钠性能,同时探究其储钠过程,为其它钼酸盐的研究提供参考依据。主要研究结论如下:(1)采用一步水浴法合成了三维氧化石墨烯修饰的钼酸铁微米花复合材料(FMO/GO)。所得到的钼酸铁微米花均匀地镶嵌在三维氧化石墨烯网络中,其中钼酸铁微米花的直径为2 3μm,由厚度大约为100 nm的纳米片所组成。(2)当作为锂离子电池负极材料时,FMO/GO表现出了高比容量、良好的循环稳定性以及优异的倍率性能(在200 mA g~(-1)下,循环50次后比容量为1220mA h g~(-1);在10 A g~(-1)下,比容量高达685 mA h g~(-1));当作为钠离子电池负极材料时,FMO/GO表现出了良好的循环稳定性和倍率性能(在1 A g~(-1)下循环1000次,比容量约为188 mA h g~(-1);在10 A g~(-1)下,比容量为107 mA h g~(-1))。其良好的电化学性能可以归因于FMO微米花和导电氧化石墨烯的结合,氧化石墨烯不仅可以提供电子传输的路径,而且还可以容纳充放电过程中的体积变化。(3)通过非原位XRD、TEM、XPS研究了FMO的储钠机制,结果表明,该材料的储钠机理是转换反应和脱嵌反应相结合的一个电化学过程。(4)采用先水热后煅烧的方法合成了钼酸镍纳米棒(NMO-600),所得纳米棒的直径在200 nm左右,长度为5 10μm。当将其作为钠离子电池负极材料时,其表现出了良好的电化学性能(在100 mA g~(-1)下循环100圈后比容量为250mA h g~(-1);在10 A g~(-1)下,比容量为130 mA h g~(-1)),优于FMO微米花的储钠性能。
【图文】：

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正极和负极材料对于锂金属的电化学电位和锂离子00 年以来发表的关于钠离子电池的论文数量；（b）负极对于钠金属的电化学电势和钠离子电池的容量[于最容易获得的锂资源位于偏远的或者政治敏感的成本和实用性问题着实令人担忧。锂化合物价格的

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2图 1-2（a）2000 年以来发表的关于钠离子电池的论文数量；（b）重要的正极负极对于钠金属的电化学电势和钠离子电池的容量[5]但是，由于最容易获得的锂资源位于偏远的或者政治敏感的区域[6 8]，全锂资源潜在的成本和实用性问题着实令人担忧。锂化合物价格的上涨也使得于锂离子电池的电化学储能技术变得不太实惠。近来，由于钠的成本效益和理分布的优势，钠离子电池的关注度日益增加。从理论上讲，钠比锂重三倍所以钠离子电池的能量密度在理论上比不上锂离子电池。但是鉴于钠合适的位 2.71 V（相对于标准氢电极），仅比锂的电位高 0.3 V，其只需要承受小的量损失。这就意味着在大型电网的支持下，钠离子电池可以找到其更适合的用领域，其中电池的运行成本和寿命是整个系统最重要的方面[9]。实际上，，钠子电池与锂离子电池早在 20 世纪 80 年代就开始同时被研究[10 13]，但是锂离
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TM912

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