用于钾离子电池负极氮掺杂碳纳米材料的构筑与性能研究

发布时间：2025-01-07 00:54

　　随着社会不断发展,对二次电池的需求与日俱增,由于锂资源有限且开采过程污染环境,亟需寻找锂离子电池的替代品。钾盐由于储量丰富、价格低廉、环境友好等一系列优势引起人们的注意。同时与锂钠相比钾具有更低的标准还原电位,这使得钾离子电池具备更宽的电压窗口,并且在多数电解液中K⁺具备更弱的路易斯酸性和更小的溶剂化半径,使得K⁺在电解液中具有更大的扩散速率。上述优势使得钾离子电池逐渐成为储能领域研究的热点。然而K⁺半径过大,反复插/脱嵌会引起体积膨胀和材料结构破坏,且理论容量有限等问题严重制约着钾离子电池的发展。碳材料具有导电性好、表面化学性质和结构可控等优点,本论文基于模板界面诱导技术设计高容量、高倍率和长循环寿命的氮掺杂储钾碳负极材料。以喹啉作为碳源、氮源,以多孔无定形硅铝为模板经固体酸催化聚合耦合模板复制技术创制氮掺杂纳米碳囊,其高氮含量（7.88 wt.%）提供额外储钾活性位点,大层间距结构可以有效缓解K⁺插/脱嵌过程中带来的层间距变化,三维薄壁纳米碳囊具有丰富孔道结构可有效缓解体积膨胀,同时缩短K

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
绪论
1 钾离子电池简介
    1.1 钾离子电池基本结构及工作原理
    1.2 钾离子电池负极研究进展
        1.2.1 石墨类负极
        1.2.2 非石墨碳负极
        1.2.3 其他负极材料
    1.3 钾离子电池正极研究进展
        1.3.1 铁氰化物正极
        1.3.2 聚阴离子化合物正极
        1.3.3 有机化合物正极
    1.4 钾离子电池电解液与粘结剂
    1.5 选题依据和研究内容
2 实验部分
    2.1 实验原料
    2.2 实验仪器
    2.3 分析表征
        2.3.1 X射线衍射
        2.3.3 透射电子显微镜
        2.3.4 拉曼光谱
        2.3.5 X射线光电子能谱
        2.3.6 氮气物理吸附脱附测试
    2.4 钾离子电池电极的组装方法
        2.4.1 负极电极片的制备
        2.4.2 扣式电池组装方法
        2.4.3 循环伏安法
        2.4.4 循环与倍率性能
3 氮掺杂纳米碳囊电极及其储钾性能
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 无定形硅铝催化剂的制备
        3.2.2 氮掺杂纳米碳囊的制备
        3.2.3 喹啉沥青炭的制备
    3.3 结果讨论
        3.3.1 氮掺杂纳米碳囊的形貌与结构
        3.3.2 氮掺杂纳米碳囊的表面化学性质
        3.3.3 氮掺杂纳米碳囊电极储钾性能
        3.3.4 氮掺杂纳米碳囊电极储钾动力学分析
        3.3.5 固体酸催化剂酸性结构调控
        3.3.6 不同酸性条件下氮掺杂纳米碳囊的结构与组成
        3.3.7 氮掺杂纳米碳囊的表面化学与组成
        3.3.8 氮掺杂纳米碳囊储钾性能的优化
    3.4 本章小结
4 氮掺杂炭质珍珠质电极及其储钾性能
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 氮掺杂炭质珍珠质的制备
        4.2.2 氮掺杂炭质珍珠质制备方法
    4.3 结果讨论
        4.3.1 氮掺杂炭质珍珠质的形貌
        4.3.2 氮掺杂炭质珍珠质结构分析
        4.3.3 氮掺杂炭质珍珠质的表面化学与组成
        4.3.4 炭质珍珠质普适性构筑
        4.3.5 氮掺杂炭质珍珠质的储钾性能
    4.4 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



本文编号：4024251