用于纤维状水系锌离子电池的有机正极材料的制备和性能研究

发布时间：2021-08-11 00:00

　　随着柔性可穿戴设备的快速发展,推动了高性能、高安全性的柔性储能器件的发展需求。传统的电化学储能器件例如锂离子电池使用有毒有害易燃的有机电解液,存在很大的安全隐患。相比之下,新型的水系锌离子电池（AZBs）不仅制作简单、成本更低、比容量较高,而且安全无毒,对柔性储能设备来说不失为一个更佳的选择。相比传统含有有毒的过渡金属元素的无机材料,可再生资源丰富的具有氧化还原活性的有机材料凭借其价廉、低毒、结构可设计、易于量产和资源可持续性等优点,极具发展前景。但是,大多数已报道有机正极材料存在溶解的问题,导致循环稳定性不足。此外,由于现有材料和工艺制备的纤维电极的活性物质与基底之间的界面作用较弱,使得活性物质容易脱落,无法满足规模化生产及应用的需求。因此,为了满足柔性AZBs的规模化制备与应用,需要开发出不仅具有高容量、低溶解度,还要与基底之间存在强界面作用的新型有机正极材料。本论文中,受到具有强粘附性,氧化还原活性的聚多巴胺（PDA）的启发,通过协同界面作用,将PDA同时作为有机电极材料和纳米结合剂,开发出具有大容量、高柔性和长耐久性的可编织、可缝纫、可洗涤的AZBs-基纤维电极。结合XPS,F... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．?１锌离子电池的示意图

?用于纤维状水系锌离子电池的有机正极材料的制备和性能研宄???１．３．?２．?２?Ｚｎ２ＶＨ＋共嵌入／脱出??除／典型的Ｚｎ２４的嵌入／脱出，半径更小的Ｈ１也会参勹到电化学反应。ＷａｎｇＣ．Ｓ．等??利用ＧＩＴＴ的方法对《－Ｍｎ０２的允放电过稃进行分析。敁终发现在放电时，ＦＴ会在Ｚｎ２＋??之前嵌入到Ｍｎ０２中［３９］。ＬｉｕＪ．等在Ｚｎ／／ｄ＇－Ｍｎ〇２电池中也发现了类似的机理（图１．２），??Ｏｒｉｇｉｎａｌ?６－Ｍｎ０２?Ｉｎｉｔｉａｌ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?Ｆｉｎａｌ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??Ｚｎ＾ＭｎＯ，??Ｚｎ，－６－Ｍｎ０２?ＭｎＯＯＨ??Ｚｎ２＂?ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ?＾?＾?Ｈ＋?ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ??？式？Ｃ－?Ｚｎ－ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ?Ｈ＇?ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ?＋?＾?＾??＾?＾?（Ｎｏｎ－ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ）?＾?＾?（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ）?＾?ｅ－?＾?＾?＾?”??〇?Ｍｎ４＊?〇?０２－?〇?Ｚｎ２．?Ｈ，??图１．?２?Ｚｎ２＋和Ｈ＋共嵌入示意图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｉ＇ｈｅ?ｃｏｉｎｓｅｒｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｈ?ｆ?ａｎｄ?Ｚｎ２＋?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．??不过这里不同是，放电过程中是Ｚｎ２＋先嵌入ｄ＇－ＭｎＣｈ到中，随后Ｈ＋再嵌入到晶格中并与??ＭｎＯ：结合成ＭｎＯＯＨ［４（）］。打趣的是，Ｃｈｅｎ?Ｊ．等人在Ｚｎ／／ＮａＶ：，〇１．５Ｈ２０电池中发现，??均上述分步嵌入不同的是，在该材料中Ｚｎ２＋和Ｈ＋的嵌入是同时进行的［３４］。虽然离／－的??嵌入／脱出的顺序有所不同，但Ｈ＋参加电化学反应有助于电池的性能提高，如：倍率性?

?用于纤维状水系锌离子电池的有机正极材料的制备和性能研究???通过相关分析表征以及在有机溶剂和加水的溶剂的对比，发现上述反应的能够可逆发生。??ＺｈｉＣ．Ｙ．及其团队在Ｚｎ／／富Ｃ〇（ＩＩＩ）－Ｃ〇３０４电池中也发现了类似的机理［４１］，电池在充放电??过程中会发生Ｃ〇（ＩＩＩ）ＨＣ〇（ｎ）转换。此外，ＣｈｅｎＪ．团队制备了一种层状结构的钒类化合??物ＶＯＰ〇４［４２］。该材料的储能机理如图１．３ｃ和式１－６，?１－７所示，在低电压区间（０．８－１．０??ａ??ｎ?；??ｂ??Ｉ?Ｉ?Ｍｎ〇〇Ｈ（ｉＣＰ〇ｓ?７４＾１０４９）?４５〇〇．?Ｃａｒｔ＞ｏｎ?ｐａｐｅｒ??ａ－Ｍｎ〇２?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－１?ｓｔ－Ｄｉｓｃｈ－１Ｖ??／?★?Ｉ??ａ－ＭｎＯ，?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－１ｓｔ－Ｃｈａｒ－１，８Ｖ??３?．?Ｉ＊?Ｉ?｜?｜?Ｚｎ４Ｓ〇４（ＯＨ）ｅ４Ｈ２〇?（ＪＣＰＤＳ：?４４－０６７３）??２０?３０?４０?５０?〇Ａ￣?１?＇１??＇?一１???ｎ厂??顏释?１０?２０?帐４０?Ｍ?Ｍ??〇?Ｖ?ａｎｄ?０?Ｄ？Ｊａｔｉ〇ｎ?９??▼?—?ｒ?＜、??＾??Ｒｒｓｔ?ｄ，ｓｃｈａｒ９ｅ?Ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ??▼?＾?Ｋ??？?ｖ?？?ｐ?？?ｏ??ＶＯＰＯ，?Ｚｎ，Ｖ０Ｐ０４?Ｖ０＂＊Ｐ０４??图１．３?（ａ）第一圈放电到ＩＶ的Ｍｎ０２纳米线的ＸＲＤ谱图。（ｂ）?Ｍｎ０２纳米线的放电到ＩＶ和充回??１．８Ｖ的ＸＲＤ图。（ｃ）０，Ｖ在充放电过程中的氧化还原机理。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３．?（ａ）?Ｔｈｅ?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｏｆ?ａ－Ｍ


本文编号：3335029