GaN基纳米材料的制备及其储锂性能研究
发布时间：2021-11-06 20:47
锂离子电池在能源存储领域具有极为广泛的应用前景。近年来,金属氮化物在电化学储能方面的应用受到越来越多的重视。作为第三代半导体材料,氮化镓（GaN）的应用目前主要集中在发光器件、激光探测及极端条件电子器件等军事领域。虽然GaN具有良好的物理和化学稳定性,但是由于其放电比容量相对较低,使之在能源存储方面的应用研究相对较少。因此,在保证循环稳定性的前提下如何提高GaN的放电容量成为目前研究的重点。本论文通过缺陷引入、碳基高导电材料的复合以及形貌调控等手段实现GaN材料储锂性能的提升。在此基础上,深入研究了 GaN做锂离子电池负极材料的储锂机理和赝电容储锂特性,这将为以GaN为代表的第三代半导体材料在电化学储锂性能方面的应用提供新思路。具体研究内容如下:1、采用直接氨化法制备GaN纳米颗粒,通过延长氨化时间得到缺陷丰富的GaN纳米颗粒,并对其电化学性能进行研究。HRTEM直接观测到GaN外层无定型层的存在,UV-vis测试表明缺陷导致GaN带隙变窄,XAFS和Raman测试直接表明了缺陷的存在。理论计算结果表明,缺陷的存在导致GaN费米能级处引入缺陷能级,EIS结果说明缺陷增强了 GaN纳米颗...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１非水系有机电解质涅离子电池装置图及充放电原理示意图ｗ
离子的＾轨道。而为了保证窝的输出电压和容量，过渡金属离子需要有较髙的电??势来实现电子在ｄ轨道上的转移。由过渡金属离子电势与ｄ轨道电子数的关系图??（图１－２）可Ｗ看出，过渡金属离子电势与ｄ轨道电子数正相关。??层状化合物！＾＾兰方晶系的０（：〇化为例，化＿尤〇〇２的实际电压限于４．０￥?（０??＜?Ｘ?＜?０．５），因此Ｌｉｉ＿ｘＣｏ〇２的实际可用充放电容量只有其理论容量（２７４?ｍＡｈ?ｇ－ｉ）??的５０￣６０％?（１４０?ｍＡｈ?ｇ＾）左右Ｗ。充放电过程中，裡离子沿其与巧离子交替排??列的（１１１）晶面进行脱嵌ｔｎｉ。虽然提高充电电压的上限可实现ＬｉＣｏ〇２充放??电容量的提升，但是深度放电会导致ＬｉＣｏ〇２的不可逆相变，同时会导致容量的??快速衰减ｔＷ。当电压继续升高时（大于４．４?Ｖ）会导致ＬｉＣｏ〇２结构的破坏，极??大缩减裡电池的使用寿命ｔＷ。此外，钻矿资源的稀缺导致ＬｉＣｏ化的价格较高，??所Ｗ实用层面，ＬｉＮｉｉ／３Ｍｎｉ０Ｃ〇ｉ／３〇２等多元层状化合物有取代ＬｉＣｏ〇２的趋势ｔＷ。??尖晶石结构化合物ＷＬｉＭｒｉ２〇４?（理论容量为１４８ｍＡｈｇ－ｉ）为例
Ｆｉｇｕｒｅ．?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒ＾ａｍｓ?ｏｆ?ｗｕｒｔｚｉ化?ＧａＮ?ａｎｄ?ｚｉｎｃ?ｂｌｅｎｄｅ?ＧａＮ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??但其只存在于极端高压的环境中，因此自然界中无法观测到岩盐旷结构的ＧａＮ。??结合表１．１和图１－６可知，虽然两种结构的ＧａＮ都是正四面体排列，但是它们原??子堆叠方式不同Ｗ及对称性的不同，导致两种结构ＧａＮ在物化性质方面有较大??差距。本文Ｗ六方纤锋矿结构ＧａＮ为主要研究对象，从材料制备、形貌调控、??电化学性质应用Ｗ及储裡机制等方面进行研究和分析。??１．６．２?ＧａＮ材料在能量转化与存储方面的应用??六方ＧａＮ在各种大功率光电子器件及高频微波器件方面的应用早在上世纪??六千年代就己经开始，而六方ＧａＮ在光电化学方面的应用起步较晚??－２．０?—］?Ｎ?哈？?〇?ｎ??Ｑ?Ｎ?〇?＾?巧?Ｃ／）?ｒｏ?義??Ｓ－１．〇－?Ｓ?ＩＴ督冷?Ｉ?５。。等?Ｗ？Ｓ?—??妄。＇０—?Ｉ?Ｊ?Ｊ；?Ｊ?１?＾＂＾＾２??Ｚ?Ｉ?？???Ｌ－＂｜…货…Ｊ：－…巳?Ｉ?Ｈ２０／０２??５?２．０－?１?导卡－丫－．?Ｓ?３?１?＾?。??＞?３０－笑。ｉ?１?３?ｒ??九?Ｕ?ＣＮ＾?Ｏ?００??ＣＯ?ＣＯ?ｃｖｉ??４．０」ｆ??ｌＯ??图１－７?ＧａＮ和其他常用催化剂的导带和价带位置与水的氧化还原电位比较图ＩＷ。??Ｆｉｇｕｒｅ．?１－７?Ｂａｎｄ?呂ａｐｓ?ａｎｄ?ｂａｎｄ?ｅｄｇｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ＧａＮ?ａｎｄ?０化ｅｒ?ｃｏｍｍｏｎｌｙ?ｕｓｅｄ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ??ｗｉｔｈ
本文编号：3480499
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１非水系有机电解质涅离子电池装置图及充放电原理示意图ｗ
离子的＾轨道。而为了保证窝的输出电压和容量，过渡金属离子需要有较髙的电??势来实现电子在ｄ轨道上的转移。由过渡金属离子电势与ｄ轨道电子数的关系图??（图１－２）可Ｗ看出，过渡金属离子电势与ｄ轨道电子数正相关。??层状化合物！＾＾兰方晶系的０（：〇化为例，化＿尤〇〇２的实际电压限于４．０￥?（０??＜?Ｘ?＜?０．５），因此Ｌｉｉ＿ｘＣｏ〇２的实际可用充放电容量只有其理论容量（２７４?ｍＡｈ?ｇ－ｉ）??的５０￣６０％?（１４０?ｍＡｈ?ｇ＾）左右Ｗ。充放电过程中，裡离子沿其与巧离子交替排??列的（１１１）晶面进行脱嵌ｔｎｉ。虽然提高充电电压的上限可实现ＬｉＣｏ〇２充放??电容量的提升，但是深度放电会导致ＬｉＣｏ〇２的不可逆相变，同时会导致容量的??快速衰减ｔＷ。当电压继续升高时（大于４．４?Ｖ）会导致ＬｉＣｏ〇２结构的破坏，极??大缩减裡电池的使用寿命ｔＷ。此外，钻矿资源的稀缺导致ＬｉＣｏ化的价格较高，??所Ｗ实用层面，ＬｉＮｉｉ／３Ｍｎｉ０Ｃ〇ｉ／３〇２等多元层状化合物有取代ＬｉＣｏ〇２的趋势ｔＷ。??尖晶石结构化合物ＷＬｉＭｒｉ２〇４?（理论容量为１４８ｍＡｈｇ－ｉ）为例
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