高性能氮化钒基纳米电极材料的设计及储能性能研究

发布时间：2024-02-04 04:30

　　随着人们对高能量、长寿命、微型化储能器件的迫切需求,具有长效循环和高功率密度的超级电容器(SCs)和具有高能量密度的锂硫(Li-S)电池引起了研究者的广泛关注。电极材料是储能器件的核心,决定了储能器件的性能好坏。过渡金属氮化物(TMNs)是一类兼具类金属高导电性、赝电容性、高密度、类铂催化特性的电极材料。在众多的TMNs中,氮化钒(VN)作为一种典型的电极材料被广泛研究,然而将VN应用于SCs和Li-S电池电化学储能仍然存在以下问题:(1)VN在碱性电解液中才显示出较大的赝电容,然而在碱性电解液中,TMNs易发生电化学氧化溶解,循环稳定性差;(2)虽然VN电容电极材料理论容量高,但是实际中受限于材料利用率,比容量大多偏低;(3)VN是典型的陶瓷型材料,脆性大、柔性差,不便于构建柔性器件;(4)VN能够通过催化转换作用和极性强化学吸附作用限制Li-S电池中的S流失,提高循环稳定性,同时其类金属高导电性能够改善S阴极的倍率性能,VN是一种有潜力的载S材料,但VN在Li-S电池中的应用研究报道较少。本论文围绕高性能VN电极材料的设计及其SCs和Li-S电池的储能性能研究展开工作,主要研究内容...

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1不同电化学储能装置的功率和能量对比图

1绪论言无疑是推动人类进步的源泉，煤、石油、天然气为主的传统化石的脚步进程中起到不可替代的作用，但是此类能源是一次不可再同时更是一把“双刃剑”，带来如温室效应、雾霾、酸雨、冰川融可再生环境友好的风能、水能、太阳能等正在快速发展以期解决这些能源在使用上明显受时间周期和地理位置的限....

图1.2SCs常见的电极材料[20]

SCs的发展也面临着更多的机遇和严峻的挑战，开发高性能（例性、高比能、超高循环）的SCs势在必行。锂硫（Li-S）电池是一种新型的能电池，它具有高理论容量（1672mAh/g），低成本和环保等优点，Li-S电池超级电容器外的另一种新型的电化学储能器件，同样受到了研究者的....

图1.3典型的TMNs：（a）TiN纳米管[125]

华中科技大学博士学位论文，金属前驱物和氮源将发生气-固或者气-气化学反应形成TMNs。化学法Ns一类普适性的方法，方法简单，易控制，同时生成的TMNs大多能够保的外观形貌，例如前驱体是纳米线，得到的相应的TMNs也应该是纳米线要的是其TMOs....

图1.4（a）碳包覆TiN的高分辨透射电镜，（b）碳包覆TiN和纯TiN的循环性能[135]

具体做法为首先在碳布表面通过水热的方法生长氧化钛阵列，然后后气中退火得到TiN-碳布复合物，然后将TiN-碳布复合物在葡萄糖溶液中再水热葡萄糖包覆TiN-碳布复合物的复合物，最后进行碳化得到碳包覆TiN-碳布复合如图1.4所示），TiN外层的包覆碳层在电化学循环的过....

本文编号：3895212