新型碳基纳米材料的构筑及其电化学储能研究
发布时间：2022-10-11 12:52
随着全球化石能源大量消耗,气候变暖与环境污染等问题日趋严重。而且,石油、煤炭和天然气等化石资源为不可再生资源,因此,迫切要求开发、应用清洁能源。目前已有的清洁能源技术包括:二次电池、燃料电池、太阳能电池和超级电容器等。其中,基于碱金属离子的二次电池具有绿色、环保、比容量高和可重复充电等优点,具有广阔的应用前景及改进空间。锂离子电池广泛用于便携式电子设备及电动汽车中,其性能高度依赖于负极材料的性能。由于对设备便携和新能源汽车续航的要求不断提高,以及传统的商业石墨较低的理论容量(372 mAh g-1)限制,开发新型碳材料和金属氧化物/硫化物负极材料引起日益关注。黄铁矿（FeS2）具有较大的理论储锂容量(894 mAh g-1),且环保价廉;然而其导电性差、充/放电过程存在穿梭效应等问题制约了应用。另一方面,由于地壳中锂资源有限（20 ppm）、价格昂贵,而同一主族的钠/钾资源在地壳中储量（分别为2.36%和2.09%）远远高于锂资源量,有望应用于二次电池。但离子半径K+和Na+大...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 电池简介
1.1.1 电池发展
1.1.2 电池分类
1.2 锂/钾离子电池的组成及储能机理
1.3 锂/钾离子电池负极材料研究进展
1.3.1 插层负极材料
1.3.2 碳及衍生碳纳米负极材料
1.4 环状碳材料研究进展
1.4.1 碳纳米环的合成
1.4.2 碳纳米环的性质
1.4.3 碳纳米环的应用
1.5 本论文研究思路
2 实验部分
2.1 实验材料及设备仪器
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验设备
2.1.3 分析仪器
2.2 样品表征
2.2.1 X射线衍射(XRD)
2.2.2 拉曼光谱(Raman Spectrum)
2.2.3 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.4 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.5 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
2.2.6 透射电子显微镜(TEM)
2.2.7 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.2.8 低温氮气吸附-脱附
2.2.9 元素分析
2.2.10 热重-差热分析(TG-DTG)
2.2.11 纳米粒度及zeta电位分析仪
2.3 电池储能性能测试
2.3.1 电极片制备
2.3.2 纽扣电池组装
2.4 电池性能测试方法
2.4.1 循环稳定性与倍率性能
2.4.2 循环伏安法
2.4.3 阻抗测试
2.4.4 恒电流间歇滴定
3 氮掺杂碳纳米管半限域硫化铁复合材料制备及其锂离子电池性能
3.1 引言
3.2 材料制备
3.2.1 Fe/N-CNTs和Fe/CNTs的制备
3.2.2 Fe/N-CNTs和Fe/CNTs的硫化
3.3 FeS_2/N-CNTs合成路线设计原理
3.4 FeS_2/N-CNTs的组成与结构
3.4.1 FeS_2/N-CNTs随硫化时间的组成变化分析
3.4.2 FeS_2/N-CNTs的形貌与结构
3.4.3 FeS_2/N-CNTs的元素分布
3.4.4 Fe/CNTs与Fe/N-CNTs的硫化
3.5 FeS_2/N-CNTs的储锂性能
3.5.1 FeS_2/N-CNTs的循环伏安与充放电性能
3.5.2 FeS_2/N-CNTs的循环和倍率性能
3.5.3 FeS_2/N-CNTs的长循环稳定性
3.6 本章小结
4 氮掺杂中空碳纳米环的构筑及其钾离子电池性能
4.1 引言
4.2 材料制备
4.2.1 二氧化硅球模板的制备
4.2.2 氮化碳纳米环模板的制备
4.2.3 氮掺杂中空碳纳米环(N-CNRs)的制备
4.2.4 N-CNRs制备的普适性
4.3 N-CNRs合成路线及设计原理
4.4 碳纳米环的组成与结构
4.4.1 碳纳米环的形貌与结构分析
4.4.2 碳纳米环的结晶性与官能团分析
4.4.3 碳纳米环的孔结构
4.4.4 碳纳米环的元素组成
4.5 氮掺杂中空碳纳米环(N-CNRs)的储钾性能
4.5.1 N-CNRs的循环伏安图分析
4.5.2 N-CNRs的倍率性能
4.5.3 N-CNRs的长循环稳定性
4.5.4 N-CNRs的扩散系数分析
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]可作为碳纳米管片段的共轭芳烃大环的设计合成[J]. 周启峰,江波,杨海波. 化学进展. 2018(05)
[2]多硫化物阻隔层在锂硫电池中的应用研究进展[J]. 徐朝,游慧慧,张磊,杨全红. 新型炭材料. 2017(02)
[3]碳纳米管短切技术的研究进展[J]. 张文忠,蔡晓兰,周蕾,王子阳,李铮,易峰,余明俊. 机械工程材料. 2014(09)
[4]多壁纳米碳管的超声短切处理[J]. 陈永,刘畅,成会明. 炭素技术. 2007(05)
[5]纳米硅/炭复合材料的制备及其电化学性能[J]. 陈晓红,宋怀河,杨树斌. 新型炭材料. 2007(03)
本文编号：3690607
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 电池简介
1.1.1 电池发展
1.1.2 电池分类
1.2 锂/钾离子电池的组成及储能机理
1.3 锂/钾离子电池负极材料研究进展
1.3.1 插层负极材料
1.3.2 碳及衍生碳纳米负极材料
1.4 环状碳材料研究进展
1.4.1 碳纳米环的合成
1.4.2 碳纳米环的性质
1.4.3 碳纳米环的应用
1.5 本论文研究思路
2 实验部分
2.1 实验材料及设备仪器
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验设备
2.1.3 分析仪器
2.2 样品表征
2.2.1 X射线衍射(XRD)
2.2.2 拉曼光谱(Raman Spectrum)
2.2.3 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.4 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.5 场发射扫描电子显微镜(FESEM)
2.2.6 透射电子显微镜(TEM)
2.2.7 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.2.8 低温氮气吸附-脱附
2.2.9 元素分析
2.2.10 热重-差热分析(TG-DTG)
2.2.11 纳米粒度及zeta电位分析仪
2.3 电池储能性能测试
2.3.1 电极片制备
2.3.2 纽扣电池组装
2.4 电池性能测试方法
2.4.1 循环稳定性与倍率性能
2.4.2 循环伏安法
2.4.3 阻抗测试
2.4.4 恒电流间歇滴定
3 氮掺杂碳纳米管半限域硫化铁复合材料制备及其锂离子电池性能
3.1 引言
3.2 材料制备
3.2.1 Fe/N-CNTs和Fe/CNTs的制备
3.2.2 Fe/N-CNTs和Fe/CNTs的硫化
3.3 FeS_2/N-CNTs合成路线设计原理
3.4 FeS_2/N-CNTs的组成与结构
3.4.1 FeS_2/N-CNTs随硫化时间的组成变化分析
3.4.2 FeS_2/N-CNTs的形貌与结构
3.4.3 FeS_2/N-CNTs的元素分布
3.4.4 Fe/CNTs与Fe/N-CNTs的硫化
3.5 FeS_2/N-CNTs的储锂性能
3.5.1 FeS_2/N-CNTs的循环伏安与充放电性能
3.5.2 FeS_2/N-CNTs的循环和倍率性能
3.5.3 FeS_2/N-CNTs的长循环稳定性
3.6 本章小结
4 氮掺杂中空碳纳米环的构筑及其钾离子电池性能
4.1 引言
4.2 材料制备
4.2.1 二氧化硅球模板的制备
4.2.2 氮化碳纳米环模板的制备
4.2.3 氮掺杂中空碳纳米环(N-CNRs)的制备
4.2.4 N-CNRs制备的普适性
4.3 N-CNRs合成路线及设计原理
4.4 碳纳米环的组成与结构
4.4.1 碳纳米环的形貌与结构分析
4.4.2 碳纳米环的结晶性与官能团分析
4.4.3 碳纳米环的孔结构
4.4.4 碳纳米环的元素组成
4.5 氮掺杂中空碳纳米环(N-CNRs)的储钾性能
4.5.1 N-CNRs的循环伏安图分析
4.5.2 N-CNRs的倍率性能
4.5.3 N-CNRs的长循环稳定性
4.5.4 N-CNRs的扩散系数分析
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]可作为碳纳米管片段的共轭芳烃大环的设计合成[J]. 周启峰,江波,杨海波. 化学进展. 2018(05)
[2]多硫化物阻隔层在锂硫电池中的应用研究进展[J]. 徐朝,游慧慧,张磊,杨全红. 新型炭材料. 2017(02)
[3]碳纳米管短切技术的研究进展[J]. 张文忠,蔡晓兰,周蕾,王子阳,李铮,易峰,余明俊. 机械工程材料. 2014(09)
[4]多壁纳米碳管的超声短切处理[J]. 陈永,刘畅,成会明. 炭素技术. 2007(05)
[5]纳米硅/炭复合材料的制备及其电化学性能[J]. 陈晓红,宋怀河,杨树斌. 新型炭材料. 2007(03)
本文编号：3690607
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3690607.html
