水系铝离子电池负极材料三氧化钼的研究

发布时间：2020-06-12 22:21

【摘要】：水系铝离子电池因其安全性能良好、电解液制作简单无毒、导电率高和环境友好而成为目前的研究热点。本论文以三氧化钼为主要研究对象,探索了其在水系铝离子电池中的电化学性能,并通过结构调控对其电化学储铝性能进行优化,主要内容包括:1.MoO_3纳米带。以钼粉为原材料,H_2O_2为氧化剂,通过高温水热,得到MoO_3纳米带。在1 mol L~(-1) AlCl_3中测试MoO_3纳米带的电化学性能,可知其CV曲线有三对明显的氧化还原峰,证明在充放电过程中,存在Al~(3+)的嵌入和脱出,其可以作为水系铝离子电池负极材料。在电流密度为1 A g~(-1)时,循环5000次后,能够保持49.2 mA h g~(-1)的可逆比容量。在5 A g~(-1)的电流密度下,循环20000次后,MoO_3//rGO全电池可保持65.6mA h g~(-1)的可逆比容量(以MoO_3纳米带活性物质的量计算)。2.MoO_(3-x)纳米带。以乙醇作为还原剂,通过高温水热,制备含氧空位MoO_(3-x)纳米带。氧空位的存在,增大离子扩散通道和导电率,有效改善储铝性能。通过调节还原温度,可以获得不同含量的氧空位。经过对比优化,110 ~oC合成的含氧空位MoO_(3-x)-110纳米带表现出最优的储铝性能。在电流密度为1 A g~(-1)时,循环5000次后,能够保持88.6mA h g~(-1)的可逆比容量。当电流密度为5 A g~(-1)时,循环20000次后,MoO_(3-x)-110//rGO全电池可保持144.5 mA h g~(-1)的可逆比容量,远大于MoO_3//rGO全电池的可逆比容量65.6mA h g~(-1)。3.MoO_3@PPy复合纳米带。以过硫酸铵作为引发剂,通过冰水浴,制备均匀PPy层包覆MoO_3纳米带的复合物。PPy层有效稳定了纳米带的结构,明显改善MoO_3纳米带循环性能。通过调节吡咯单体的含量,可以控制PPy层的厚度。经过对比优化,MoO_3@PPy-0.05复合纳米带表现出最优的储铝性能。在10 A g~(-1)的电流密度下,MoO_3@PPy-0.05复合纳米带表现了135.1 mA h g~(-1)的初始比容量,循环2000次,容量保持率为65.5%,远大于MoO_3纳米带的容量保持率17.3%。在5 A g~(-1)的电流密度下,循环15000圈后,MoO_3@PPy-0.05//rGO全电池的容量保持率为72.4%,远大于MoO_3//rGO全电池的容量保持率58.4%。
【图文】：

水系铝离子电池负极材料三氧化钼的研究

水系电池原理示意图（An+:Na+、Li+、Mg2+、Zn2+、Al3+）

原理图,纳米线,离子扩散,电子传输

华南理工大学硕士学位论文过原位 XRD 测试，W18O49纳米线放电时，铝离子嵌入，（010）层间距增大；充电时，铝离子脱出，（010）层间距缩小。推出其充放电过程的氧化还原反应为W18O49+ xAl3++ 3x- AlxW18O49当电流密度为 2mAcm-2时，SCNT/W18O49纳米线的可逆比容量高达 459Fcm-3，主要原因是：1）单个 Al3+在充放电过程中发生三个电子的转移；2）有许多三维互连的多孔通道，具有较大的比表面积（95.5m2g-1）和宽的尺寸分布（2~200nm）。如图 1-2 所示，这些通道允许阳离子高效迁移到 W18O49活性位点，，从而产生快速和可逆的氧化还原反应。3）复合电极中的 SCNT 高度相互连接，可保证电子快速转移并降低内部电阻。4）部分去溶剂化的 Al3+具有适当的尺寸嵌入到晶格。由残余水分子组成的溶剂化壳可以屏蔽 Al3+上的电荷，减少嵌入骨架和铝离子之间的静电相互作用，从而提高嵌入动力学。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ136.12;TM912

【参考文献】