Fe 3 S 4 负极材料三维结构构筑及其储钠机制研究

发布时间：2023-05-18 22:03

　　钠离子电池作为最有前途的储能体系之一,因其丰富而廉价的钠资源而引起了众多研究兴趣,研究者们致力于开发先进的负极材料以提高钠离子电池的电化学性能。然而,尽管在钠离子电池(SIBs)与锂离子电池(LIBs)之间具有相似的原理,但是在SIBs的理想电极材料的研究中却遇到了许多挑战。特别地,考虑到大多数电池负极材料在循环过程中会经历显著的体积膨胀、钠离子的缓慢扩散和电子传导路径损失,提出抑制微观结构变化和性能衰减的有效策略对于SIBs的研发是至关重要的。近年来,微观结构设计如多孔或三维(3D)纳米结构已被证明是解决上述挑战的有效策略。通过创造更大的表面积,3D微结构可以使更多的电解质进入,缩短钠离子扩散路径,并实现快速钠离子动力学。此外,制造3D微观结构还可以适应体积膨胀/收缩,并减少多个方向的内部应变,这可以保持整体微观结构在长期循环过程中不被破坏。尽管微结构设计可以缓冲体积变化并改善离子传输,但它对提高电子传导性的贡献是有限的。考虑到上述个别策略可能无法解决这些问题,非常需要提出一种简便有效的策略来同时解决上述挑战。本工作利用Fe₃S₄丰富的资源...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 钠离子电池的概述
    1.3 钠离子电池正极材料
        1.3.1 过渡金属氧化物
        1.3.2 聚阴离子化合物
        1.3.3 普鲁士蓝类正极材料
        1.3.4 有机正极材料
    1.4 钠离子电池负极材料
        1.4.1 碳基负极材料
        1.4.2 合金类负极材料
        1.4.3 氧化物与硫化物负极材料
        1.4.4 有机小分子化合物
    1.5 本课题研究的目的意义及主要内容
第2章 实验仪器及研究方法
    2.1 实验材料及实验设备
        2.1.1 实验试剂与材料
        2.1.2 实验仪器与设备
    2.2 样品的制备及电池的组装
        2.2.1 电解液的配制
        2.2.2 电极制备和电池组
    2.3 电化学性能测试
        2.3.1 恒流充放电测试
        2.3.2 电化学交流阻抗谱(EIS)测试
    2.4 物理表征
        2.4.1 X-射线粉末衍射(XRD)
        2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)
        2.4.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.4.4 X射线光电子能谱(XPS)
        2.4.5 同步辐射X射线透射成像(TXM)
    2.5 第一性原理计算
第3章 3D Fe₃S₄ 负极材料构筑及电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 水热法构筑Fe3S
        3.2.1 3D花状Fe₃S₄ 样品的构筑
        3.2.2 3D花状Fe₃S₄ 样品的微观结构与物相分析
        3.2.3 微球Fe₃S₄ 样品的合成
    3.3 3D花状Fe₃S₄ 多级结构生长机理的研究
        3.3.1 不同反应时间实验
        3.3.2 3D花状Fe₃S₄ 多级结构的生长机理
    3.4 Fe₃S₄ 样品钠离子电池负极性能测试
        3.4.1 3D花状Fe₃S₄ 钠离子电池的充/放电测试
        3.4.2 3D花状Fe₃S₄ 钠离子电池循环性能测试
        3.4.3 微球状Fe₃S₄ 钠离子电池循环性能测试
    3.5 本章小结
第4章 Fe₃S₄ 钠离子电池负极电化学稳定性机制研究
    4.1 引言
    4.2 固态电解质膜对于Fe₃S₄ 钠离子电池负极稳定性的影响
        4.2.1 固态电解质(SEI)膜厚度的影响
        4.2.2 固态电解质膜成分的影响
    4.3 微结构设计对于钠离子电池负极稳定性的影响
        4.3.1 Fe₃S₄ 负极嵌钠后纳米断层成像测试
        4.3.2 Fe₃S₄ 负极嵌钠后扫描电镜测试
    4.4 3D电子传输对于钠离子电池负极稳定性的影响
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢



本文编号：3819082