纳米碳基镍锌电池负极材料合成及其机理研究
发布时间：2022-01-06 21:34
众所周知当今社会解决能源问题是重中之重,我们所研究的镍锌二次电池具有高功率密度、高工作电压、安全系数高、材料来源广、制作成本低、对环境无污染等优势符合可持续发展的理念,是一种可依赖的能源装置。但同时镍锌二次电池也由于自身存在的一些问题尚未解决而没有得到广泛的推广使用,如锌负极变形、锌枝晶、循环性能差等。本论文较为系统地阐述了镍锌二次电池的发展历史及国内外研究现状,切实分析了镍锌二次电池目前存在的主要问题,采用直接机械搅拌物理混合氧化锌与碳材料（单层石墨烯、单壁碳纳米管）、化学法合成碳纳米管填充材料、石墨烯复合材料以及理论研究如何合成氧化锌与多孔碳复合材料的方法,以达到降低负极活性材料溶解度,提高镍锌电池性能的目的。实验过程中对物理混合材料及化学合成负极材料进行了细致研究,采用傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）、X射线衍射测试（XRD）、循环伏安测试（CV）、扫描电子显微镜测试（SEM）及透射电子显微镜测试（TEM）等测试手段系统分析了化学法合成氧化锌和石墨烯复合材料中氧化锌的复合状态以及氧化锌填充碳纳米管材料中氧化锌的填充情况,对负极材料中的氧化锌在充放电反应前后的状态进行研究,同时也...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 能源环境问题及各种动力电池性能对比
1.2 镍锌电池简介
1.2.1 镍锌二次电池
1.2.2 镍锌二次电池的工作原理
1.2.3 镍锌二次电池的结构
1.2.4 镍锌电池的发展历史及国内外研究现状
1.3 镍锌电池存在的问题及解决办法
1.3.1 存在的问题
1.3.2 镍锌电池的改进
1.4 选题意义及研究内容
2 材料的制备、合成过程及表征手段
2.1 实验所需化学试剂及仪器设备
2.1.1 主要化学试剂
2.1.2 实验所需仪器设备
2.2 负极活性材料的制备
2.2.1 化学法制备单层石墨烯氧化锌复合物
2.2.2 氧化锌填充单壁碳纳米管材料制备
2.3 锌负极的制备
2.4 镍正极的制备
2.5 电解液的配制
2.6 镍锌电池组装工艺
2.7 镍锌电池的电化学测试
2.7.1 镍锌电池的恒流充放电测试
2.7.2 镍锌电池锌负极活性材料循环伏安测试
2.8 材料的物性表征
2.8.1 X射线衍射测试(XRD)
2.8.2 傅里叶变换红外光谱测试(FTIR)
2.8.3 热重分析测试(TG)
2.8.4 扫描电镜实验(SEM)
2.8.5 透射电镜实验(TEM)
3 材料表征分析、电池性能测试及其机理研究
3.1 水热法制备的氧化锌和石墨烯复合材料
3.1.1 水热法制备氧化锌和石墨烯复合材料XRD分析
3.1.2 石墨烯和氧化锌复合材料红外光谱分析(FTIR)
3.1.3 石墨烯和氧化锌复合材料透射电镜(TEM)测试分析
3.1.4 石墨烯和氧化锌复合材料热重曲线分析
3.1.5 石墨烯和氧化锌复合材料放电容量曲线分析
3.1.6 石墨烯和氧化锌复合材料充电中值电压及放电中值电压
3.1.7 小结
3.2 氧化锌与单层石墨烯物理混合
3.2.1 混合材料充放电循环反应前后的负极扫描电镜图SEM
3.2.2 充放电循环反应后的负极活性材料及纯粹石墨烯透射电镜图
3.2.3 充放电循环反应后的负极活性材料SEM及EDS图分析
3.2.4 对混合材料反应机理进行模拟实验
3.2.5 石墨烯氧化锌混合材料充放电循环实验
3.2.6 小结
3.3 氧化锌填充单壁碳纳米管
3.3.1 单壁碳纳米管填充材料X射线衍射分析(XRD)
3.3.2 碳纳米管填充材料热重曲线分析(TG)
3.3.3 碳纳米管填充材料透射电镜分析
3.3.4 氧化锌碳纳米管填充材料充放电性能及循环寿命测试
3.4 单壁碳纳米管与氧化锌物理混合
3.4.1 碳纳米管氧化锌物理混合材料性能及循环寿命测试
3.4.2 碳纳米管物理混合材料与填充材料性能对比
3.4.3 碳纳米管物理混合材料与填充材料循环伏安对比
4 结论与展望
4.1 结论
4.2 展望
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]Estimating the thickness of diffusive solid electrolyte interface[J]. XiaoHe Wang,WenHao Shen,XianFu Huang,JinLiang Zang,YaPu Zhao. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2017(06)
[2]A promising energy storage system: rechargeable Ni-Zn battery[J]. Shi-Bin Lai,Mohammed-Ibrahim Jamesh,Xiao-Chao Wu,Ya-Lan Dong,Jun-Hao Wang,Maryann Gao,Jun-Feng Liu,Xiao-Ming Sun. Rare Metals. 2017(05)
[3]化学电源储能技术发展趋势展望[J]. 丰俊娇. 化工管理. 2015(17)
[4]稀土镍氢动力电池的发展及应用[J]. 徐绍萍. 中国金属通报. 2011(17)
[5]电动车用电池发展趋势[J]. 谢永海. 科技资讯. 2008(17)
[6]表面经炭黑处理的锌负极的性能[J]. 李景威,杨占红,谷鹏,唐爱东. 电池. 2008(02)
[7]丙三醇对Zn-Ni电池性能的影响[J]. 李景威,杨占红,赵玉彬,谷鹏. 电池. 2008(01)
[8]电解液添加剂对密封锌镍电池的影响[J]. 曾利辉,杨占红,桑商斌,赵玉彬,王学文. 电源技术. 2007(01)
[9]化学电源的发展及应用[J]. 焦元红. 郧阳师范高等专科学校学报. 2006(03)
[10]纳米氧化铈颗粒对电沉积锌层耐蚀性的影响[J]. 骆心怡,何建平,朱正吼,李顺林,卢翔. 材料保护. 2003(01)
博士论文
[1]锌镍电池电极材料氧化锌纳米化与表面修饰的结构及其电化学性能[D]. 袁永锋.浙江大学 2007
硕士论文
[1]密封锌镍电池添加剂及负极材料的制备和性能研究[D]. 廖建平.中南大学 2009
本文编号：3573208
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 能源环境问题及各种动力电池性能对比
1.2 镍锌电池简介
1.2.1 镍锌二次电池
1.2.2 镍锌二次电池的工作原理
1.2.3 镍锌二次电池的结构
1.2.4 镍锌电池的发展历史及国内外研究现状
1.3 镍锌电池存在的问题及解决办法
1.3.1 存在的问题
1.3.2 镍锌电池的改进
1.4 选题意义及研究内容
2 材料的制备、合成过程及表征手段
2.1 实验所需化学试剂及仪器设备
2.1.1 主要化学试剂
2.1.2 实验所需仪器设备
2.2 负极活性材料的制备
2.2.1 化学法制备单层石墨烯氧化锌复合物
2.2.2 氧化锌填充单壁碳纳米管材料制备
2.3 锌负极的制备
2.4 镍正极的制备
2.5 电解液的配制
2.6 镍锌电池组装工艺
2.7 镍锌电池的电化学测试
2.7.1 镍锌电池的恒流充放电测试
2.7.2 镍锌电池锌负极活性材料循环伏安测试
2.8 材料的物性表征
2.8.1 X射线衍射测试(XRD)
2.8.2 傅里叶变换红外光谱测试(FTIR)
2.8.3 热重分析测试(TG)
2.8.4 扫描电镜实验(SEM)
2.8.5 透射电镜实验(TEM)
3 材料表征分析、电池性能测试及其机理研究
3.1 水热法制备的氧化锌和石墨烯复合材料
3.1.1 水热法制备氧化锌和石墨烯复合材料XRD分析
3.1.2 石墨烯和氧化锌复合材料红外光谱分析(FTIR)
3.1.3 石墨烯和氧化锌复合材料透射电镜(TEM)测试分析
3.1.4 石墨烯和氧化锌复合材料热重曲线分析
3.1.5 石墨烯和氧化锌复合材料放电容量曲线分析
3.1.6 石墨烯和氧化锌复合材料充电中值电压及放电中值电压
3.1.7 小结
3.2 氧化锌与单层石墨烯物理混合
3.2.1 混合材料充放电循环反应前后的负极扫描电镜图SEM
3.2.2 充放电循环反应后的负极活性材料及纯粹石墨烯透射电镜图
3.2.3 充放电循环反应后的负极活性材料SEM及EDS图分析
3.2.4 对混合材料反应机理进行模拟实验
3.2.5 石墨烯氧化锌混合材料充放电循环实验
3.2.6 小结
3.3 氧化锌填充单壁碳纳米管
3.3.1 单壁碳纳米管填充材料X射线衍射分析(XRD)
3.3.2 碳纳米管填充材料热重曲线分析(TG)
3.3.3 碳纳米管填充材料透射电镜分析
3.3.4 氧化锌碳纳米管填充材料充放电性能及循环寿命测试
3.4 单壁碳纳米管与氧化锌物理混合
3.4.1 碳纳米管氧化锌物理混合材料性能及循环寿命测试
3.4.2 碳纳米管物理混合材料与填充材料性能对比
3.4.3 碳纳米管物理混合材料与填充材料循环伏安对比
4 结论与展望
4.1 结论
4.2 展望
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]Estimating the thickness of diffusive solid electrolyte interface[J]. XiaoHe Wang,WenHao Shen,XianFu Huang,JinLiang Zang,YaPu Zhao. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2017(06)
[2]A promising energy storage system: rechargeable Ni-Zn battery[J]. Shi-Bin Lai,Mohammed-Ibrahim Jamesh,Xiao-Chao Wu,Ya-Lan Dong,Jun-Hao Wang,Maryann Gao,Jun-Feng Liu,Xiao-Ming Sun. Rare Metals. 2017(05)
[3]化学电源储能技术发展趋势展望[J]. 丰俊娇. 化工管理. 2015(17)
[4]稀土镍氢动力电池的发展及应用[J]. 徐绍萍. 中国金属通报. 2011(17)
[5]电动车用电池发展趋势[J]. 谢永海. 科技资讯. 2008(17)
[6]表面经炭黑处理的锌负极的性能[J]. 李景威,杨占红,谷鹏,唐爱东. 电池. 2008(02)
[7]丙三醇对Zn-Ni电池性能的影响[J]. 李景威,杨占红,赵玉彬,谷鹏. 电池. 2008(01)
[8]电解液添加剂对密封锌镍电池的影响[J]. 曾利辉,杨占红,桑商斌,赵玉彬,王学文. 电源技术. 2007(01)
[9]化学电源的发展及应用[J]. 焦元红. 郧阳师范高等专科学校学报. 2006(03)
[10]纳米氧化铈颗粒对电沉积锌层耐蚀性的影响[J]. 骆心怡,何建平,朱正吼,李顺林,卢翔. 材料保护. 2003(01)
博士论文
[1]锌镍电池电极材料氧化锌纳米化与表面修饰的结构及其电化学性能[D]. 袁永锋.浙江大学 2007
硕士论文
[1]密封锌镍电池添加剂及负极材料的制备和性能研究[D]. 廖建平.中南大学 2009
本文编号：3573208
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