高性能钠离子电容器负极材料的可控制备与性能研究

发布时间：2021-08-19 16:07

　　随着清洁和可持续能源的迅速发展,高性能储能装置引起了人们的极大关注。作为新型的储能器件,钠离子电容器的两个电极分别为电池性和电容型电极。其中,电池型电极通过钠离子在电极体相中的法拉第反应存储能量,具有高的能量密度;电容型电极通过发生双电层反应储能,即阴离子在电极/电解液界面发生物理吸脱附,具有功率密度高和使用寿命长的优势。因此,钠离子电容器兼具钠离子电池和双电层电容器的优势,表现出高能量密度、高功率密度和长循环寿命的特点。但是,电池型电极中钠离子迟缓的反应动力学难以与电容型电极相匹配,限制了钠离子电容器优势的发挥。针对负极材料中钠离子迟缓的反应动力学,具体的研究思路和内容如下:（1）二维层状结构的二硫化钼（MoS2）具有资源丰富、理论比容量高的优势,大的层间距有利于钠离子的快速扩散,是制备高能量密度、高功率密度钠离子电容器的理想负极材料。针对二硫化钼负极导电性差、易团聚、体积膨胀严重的缺陷,选择将二硫化钼与碳材料复合以改善其电化学性能。通常使用的碳材料为石墨烯、碳纳米管、碳纤维等,具有成本高、制备工艺复杂的缺点。选择工业废弃物甘蔗渣作为生物质碳源,将得到的三维多孔碳与二硫化钼进行复合,... 

【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２钠离子电池工作原理的图示［１６］

电池的隔膜，如玻璃纤维等。??１．４．３钠离子电容器的工作原理??图１．３为钠离子电容器储能机理的示意图。如图所示，以电池型负极和电容??型正极组成的器件为例，简单阐释了对应的充放电过程。充电时，电子从正极经??外电路流向负极，同时，电解液中的钠离子通过发生嵌入／合金化／转化反应，嵌??入负极材料中，电解液中的阴离子（比如ＰＦｒ或ｃｉｏｒ）向正极迀移，并通过吸??附在正极表面形成双电层，完成能量的储存。放电时，阴离子从正极表面脱附，??钠离子通过发生可逆反应从负极材料进入到电解液中。从以上可以看出，钠离子??电容器的储能机理兼具两种方式：一种是双电层储能，是物理的方式，另一种是??

?７??距在减小（图１．４），小的层间距不利于钠离子的嵌入／脱嵌。文中通过第一性原理??计算出适合钠离子扩散的最小层间距为０．３８?ｎｍ。因此，７００?°Ｃ制备的样品（３ＤＦＣ－??７００）具有较高的可逆比容量、优异的倍率和循环稳定性。以活化后的３ＤＦＣ－７００??作正极，以３ＤＦＣ－７００为负极，组装的钠离子电容器可在０－４Ｖ的电压区间内工??作，其能量密度为１１０?Ｗｈｋｇ４，可以媲美钠离子电池，功率密度（２０?０００Ｗｋｇ＿０??可以与双电层电容器相提并论。在２．０Ａｇ４时，循环１００００圈后，损失了?２０％的??比容量。??國■■■??Ｋ?松?ｄ＾Ｏ－ＳＳｎｉｎ?５＂棚丨Ｍ?ｄｉｗ－０．３４ｍｎ??ｓｍａ??－?Ｊ?—＾?－ｉ?＾?ｒ?ｈＪ??；?????？???？＿Ｉ?：；．：｜?ｒ－?■?????????■?????Ｉ?．Ｗｆ?１?１?＇?１???１???１?＇??＃？?＆？．＃．＜?ａ．ｔ?ｔｔ?ｉ．８?ｕ?！－？?ｉ．？?Ｂｅ?６ｉ?ａｉ?ａｔ?〇，＿？?，?９?，?ｊ?，，?，６?？，？?ｓｊ?？，ｉ?？；ｉ?ｉａ?ｕ?ｉ．ｊ?＊．＊?Ｗ?Ｍ?Ｍ?＇?＊?？４?ｉ


本文编号：3351720