新型镁电池电极材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2021-01-20 02:41

　　可充电镁电池是一种非常有前景的能源储存和转换技术。镁是一种化学性质温和且储量丰富的金属,是地壳中居于第五的元素,储量丰富。金属Mg是高能量密度电池有利的金属负极之一。镁的还原电势（-2.37vs.SHE）较低。由于镁金属具有二价,其体积比容量达到3833 mAh cm-3,高于锂金属（2046 mAh cm-3）。更重要的是,与锂金属不同,镁金属在可逆的电化学沉积/溶解过程中不会形成枝晶,作为电池负极材料时安全性高。因此,如果能开发低成本、长寿命、高安全性的镁二次电池,将具有巨大的应用潜力。目前对可充电镁电池的研究主要面临两个主要的挑战:一是由于Mg2+较高的极化性质而缺乏具有较快反应动力学的电极材料。二是缺乏与正负极相匹配的可实现镁可逆沉积/溶解的非水电解液。本论文通过对可充电镁电池的新型正极材料和负极材料的设计和研究,有效地获得了适宜的电压平台、较高的容量和出色的循环寿命。此外,通过理论模拟计算和多种实验表征手段,系统研究了 Mg2+在电极材料中的储存机理。具体而言,取得了以下几个方面的研究成果:1.首次报道了具有特殊的一维原子链结构的分枝状VS4作为高性能镁电池正极材料。通过溶液... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．５?Ｍｇ沉积过程示意图［１８］

Ｍｇ沉积的过电势和电化学物种的活性密切相关Ｍｇ第二次沉积在首次??沉积位点上的过电势急剧增加。因此接下来的Ｍｇ沉积更倾向于在Ｍｇ电极表面??上较低过电势的位点上进行，如图１．５。这种机制支持了基于格氏试剂的电解液??中Ｍｇ的沉积是均匀的且没有枝晶生成。??（ａ）?＊＾ｒ?；?＿?乂??Ｂ?３??：＿２?＿＿＿：＿?Ｓ??＜＊ｍ＊?＾?４＾?ｆｔ?ｗｍ／Ｗ，?％／ＷＷｉｗＳ＃?ｐ??＾?＼?－?ｗ??￡?：；；：＇?Ｓ：??图１．５?Ｍｇ沉积过程示意图［１８］。??Ｆｉｇ．?１．５?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｍｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ＾１８１．??８??

ｃｈａｒｇｅ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?１ｓｔ?ａｎｄ?２ｎｄ?ｃｙｃｌｅｓ?ｉｎ?ＡＰＣ／ＴＨＦ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ａｔ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｒａｔｅｓ，?（ｂ）??Ｃａｐａｃｉｔｙ?ａｎｄ?Ｃｏｕｌｏｍｂ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｉｎ?ＡＰＣ／Ｇ４?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ａｔ?Ｃ／１０［６３］．??层状ＭｏＳ２的层与层之间是较弱的范德华力，层间距较大，结构如图１．８ａ所??示［６４］，被认为是一种很好的正极材料［６５，６６］。Ｃｈｅｎ等人报道了一种高度剥离的石??墨烯状的ＭｏＳ２正极材料和镁纳米颗粒组装的电池，表现了?１．８?Ｖ的工作电压，??５０圈之后保留１７０ｍＡｈｇ－１的放电容量（图１．８ｂ）。测得的材料的晶格间距是０．６５－??０．７０?ｎｍ，大于块体ＭｏＳ２?（０．６３?ｎｍ）。这个工作也表明了材料的形貌对于性能的??重要性。层状材料ＷＳｅ２有一些特殊的性质，包括较低的热点性质，高度疏水表??面，ｐ－型场效应等性质［６７－６９］。ＷＳｅ２纳米线组装的薄膜作为镁电池正极材料表现??了较好的电化学性质［７０］。ＷＳｅ２纳米线的平均直径为１００ｎｍ，（００２）晶面的晶格??间距是０．６５?ｎｍ。电极材料在５０?ｍＡｇ－１首圈容量２００?ｍＡｈ?ｇ－１，１６０圈或仍有９８．５％??的库伦效率


本文编号：2988202