基于压电—电化学复合能量转换与存储的自充电电池研究

发布时间：2024-10-03 05:07

　　自充电电池为电池的续航提供了一种创新的方法,它可以在不需要外部电源的情况下从环境中获得持续的电能,将能量的转化与存储一步完成。其功能的实现与作为其关键部件的PVDF基压电隔膜密不可分。性能优异的压电隔膜需具备以下特点:一是具有良好的孔隙结构,从而增加离子导电通道,提高能量转换/存储效率,二是具有高的压电特性,从而驱动更多的锂离子从阴极迁移到阳极,提高电池的存储容量。为更好的提高自充电电池性能,促进其实际应用,本文重点从以上两个方面对自充电电池的PVDF基压电隔膜进行了相应的改性研究,具体内容如下:（1）以ZnO颗粒为形核剂,采用刻蚀手段制备多孔的纯β相PVDF薄膜,使得压电隔膜具有较好的孔隙结构,从而增加Li⁺扩散通道,促进锂离子连续快速的传输,与此同时,针对自充电电池钢壳结构造成的机械能损耗严重、应用灵活度较低的问题,本文又采用PET薄膜封装制备了新型具有柔性结构的自充电电池,从而大大提高了电池对机械能的利用率。（2）采用静电纺丝法制备新型无铅压电纤维Ba_0.7Ca_0.3TiO₃-Ba(Ti

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1自充电电池的部分应用举例

实际商用的电池相比，目前该自充电电池的能量转换效率和自充离应用推广仍有较大差距，原因主要包括以下两个方面：一、自成大量机械能损失[28]。常见的自充电电池器件使用的是与锂电封装，施加的机械能需要先克服电池壳的变形才能传到压电隔被钢壳吸收。同时，随着各种电子设备的日益小型化和柔性化....

图2-1（a）扣式电池和（b）柔性电池的结构示意图

第二章多孔PVDF隔膜应用于自充电电池的研究极片（LiCoO2在Al箔上）-电解液-PVDF基压电隔膜-负极片（MoS2/C在铜箔上）-镍-负极壳。此外，本章还尝试制备了一组采用柔性PET薄膜封装的自充电电池，基本结构如图b）所示，先将镀有电极活性物....

图2-2组装完成的（a）扣式电池和（b）柔性电池的实物图

下先静置24h，使电解液与正负极活化完全，之后再在0.05C的倍率下进行三次3.0～4.2V的恒流充放电循环，使电池性能保持稳定[29]。图2-1（a）扣式电池和（b）柔性电池的结构示意图

图2-3电池自充电性能测试装置示意图（1.绳索轮；2.基座；3.圆管；4.300g砝码；5.所制自充电电池；6.测量尺；7.手动牵引；8.计时器；9.电化学工作站或蓝电电池测试系统；10.显示器）

0.05C、0.1C、0.3C和0.05C的倍率进行充放电，即可获得不同倍率下电池的充放电容量及其对应的衰减曲线。电池的压电性能与自充电性能在如图2-3所示自制设备中进行测试。通过手动牵引绳索，控制砝码下落高度，再根据公式E=mgh，（m：砝码质量，300g；g：....

本文编号：4006789