新型MAX/MXene基复合电极材料的构筑及电化学性能研究

发布时间：2021-02-09 00:23

　　日益严重的环境问题和能源挑战对发展绿色高效的能源储存与转换系统产生了迫切的需求。寻找新的高性能能源储存与转换材料是当今最具挑战性的任务之一。最近,一种通过刻蚀MAX相中A层元素制备的新型二维层状碳/氮化物——MXenes由于具有丰富的表面官能团、高导电性和优良的柔韧性等优点在能量存储与转换、水处理、电磁屏蔽等领域受到广泛研究。随着MXenes材料的兴起,具有高导电性能、高稳定性和丰富种类的三元层状化合物MAX相也逐渐踏入新能源领域。本论文以Ti基MAX/MXene为研究对象,以制备高倍率性能和长循环寿命的电极材料为目标,借助Ti基MAX/MXene的活性Ti元素原位制备了三类含Ti的物质与MAX/MXene的复合电极材料:MAX@钛酸盐、MXene/金属单质和MXene/水钠锰矿。系统研究了复合电极形貌结构特征及电化学性能,并从理论和实验上阐明了它们高电化学活性的内在机制。本论文第三章提出了将碱性环境下（KOH）水热处理高导电性的Ti₃SiC₂ MAX和氢化处理相结合的方法,制备了一种新型的Ti₃SiC₂

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：193 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

MAX相的晶胞：(a)211相，(b)312相，(c)413相[21]

第 1 章 绪 论单的超声处理把 MAX 相尺寸降低到亚微米尺寸，Ti3SiC2等，具有锂离子存储能力，是一种潜在的1-2 所示。LIBs 性能测试表明，亚微米的 Ti2SC 颗Ah g-1，经过1000次循环后达到180 mAh g-1，这一以上。亚微米 Ti3SiC2颗粒的储锂性能研究，也性能。虽然现在报道的 MAX 相的储锂容量还不和对材料结构组成进行优化，可以进一步提高 MX 相中加入一维或二维导电添加剂后，随着电极的容量也必定会增加。总体来说，MAX 相粉体楚，仍需深入研究。

为电极材料的添加剂应用在 LIBs 的研究中。An 等人[44]将 Ti3SiC2作为一种新型添加剂引入 LIBs 中，对 LiFePO4/C 正极材料进行改性，由于其纳米化结构，它面对点导电方式与球形正极粒子接触，比点对点导电方式具有更高的接触效率化学实验结果表明，Ti3SiC2的加入不仅提高了放电比容量，而且提高了电化学性，降低了电荷转移阻抗，促进了锂离子的扩散。4 wt.% Ti3SiC2改性后的LiFePO样的电化学性能最佳，在 1 C 和 5 C 倍率时的容量分别为 140.4 和 101.2 mA h g-原始样品（121.0 和 63.4 mA h g-1）相比，显著提高。这表明 MAX 相可作为导有效改性锂离子电极材料的电化学性能。之后 Sun 等人[45]通过相类似的方法利i3SiC2改性 Li3V2(PO4)3/C 的低温电化学性能。Ti3SiC2改性的 Li3V2(PO4)3/C 复合具有良好的倍率性能，与未改性的复合材料相比，循环性能有较大的提高，特在-20°C 和高电流密度下。这也为 MAX 相改性宽温度范围的电极材料提供了可是 MAX 相在这些电极材料中的用量都很小（≤ 5%），而且 MAX 相本身的许能在电极材料中并没有得到充分发挥。因此，MAX 相在电极材料中的应用需要研究思路和方法。


本文编号：3024736