有机负极材料储镁机理及镁基双离子电池性能研究

发布时间：2023-03-25 01:53

　　锂离子电池是当前能源储存领域技术最为成熟,应用最为广泛的储能器件。然而,由于全球可开采的锂资源有限,使得锂离子电池成本逐年攀升,因此急需发展原料资源丰富的新型低成本储能器件。镁资源丰富,且作为二次电池的负极可获得很高的能量密度和安全性,这使得镁离子电池成为当前新型储能电池研究的热点。然而,目前镁离子电池的研究尚处于初级阶段,其中一个主要原因是电荷密度较大的Mg²⁺与电极材料之间存在较强的库伦相互作用,这严重阻碍了Mg²⁺在材料晶格中的扩散,进而严重限制了镁离子电池的比容量及倍率性能。另一方面,双离子电池因其电压高、环境友好、成本低的优点,而成为了当今新型储能器件的研究热点,该电池体系通过电解液中阴离子在石墨正极片层中可逆的插层反应、金属阳离子在负极的合金化或插层反应实现充放电。然而目前双离子电池中内在反应机制比较复杂,除了通过实验对其反应机理进行分析外,采用理论计算相结合不仅可以节约大量的资源、资金,还可以帮助人们发现实验研究中本不易观察的实验现象和内在的反应机理,进一步对电池结构进行指导设计和优化。基于以上分析,本文首先对双离子电池进行数值...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 镁离子电池
        1.2.1 镁离子电池正极材料
        1.2.2 镁离子电池电解液
        1.2.3 镁离子电池负极材料
    1.3 双离子电池概述
        1.3.1 双离子电池发展进程
        1.3.2 双离子电池优势与改进
    1.4 数值模拟研究
    1.5 研究意义及内容
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 研究内容
第2章 实验部分
    2.1 实验试剂
    2.2 实验仪器及设备
    2.3 材料表征
        2.3.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.3.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
        2.3.3 拉曼光谱测试(Raman)
        2.3.4 衰减全反射式傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)
        2.3.5 高性能多通道全自动比表面积及孔隙分析仪(BET)
        2.3.6 核磁共振波谱仪(NMR)
    2.4 电极材料的制备和电池组装
        2.4.1 电极片制备
        2.4.2 电解液与隔膜制备
        2.4.3 扣式电池组装
        2.4.4 原位电池的组装
    2.5 电化学性能测试
        2.5.1 充放电性能测试
        2.5.2 循环伏安测试(CV)
        2.5.3 交流阻抗测试(EIS)
第3章 双碳电池建模与仿真
    3.1 引言
    3.2 双碳电池建模
        3.2.1 双碳电池模型描述与假设
        3.2.2 电荷守恒
        3.2.3 物质传输方程与质量守恒
        3.2.4 电化学动力学
        3.2.5 边界条件及初始值设定
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 模型验证
        3.3.2 材料尺寸对双离子电池电化学性能的影响
        3.3.3 电解液浓度对电池性能影响
    3.4 结论
第4章 基于有机负极材料的镁基双离子电池研究
    4.1 引言
    4.2 实验内容
        4.2.1 电池的组装及性能测试
        4.2.2 原位电池表征测试
        4.2.3 理论计算
    4.3 实验数据结果与讨论
        4.3.1 正极材料机理分析
        4.3.2 负极材料机理研究
        4.3.3 电池性能研究
        4.3.4 有机负极溶解性研究
    4.4 小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3770292