含碳镍基复合材料的合成及其在锌镍电池中的应用研究
发布时间：2021-08-29 21:17
锌镍电池属于碱性镍基二次电池中的一种,具有能量密度高、功率密度大、原料来源广、安全环保和价格低廉等优点;是一种不仅可能取代铅酸电池和镍镉电池等传统水溶液电池,而且可能取代具有安全隐患、有限的锂资源和高成本等缺陷的锂离子电池的一种电池。传统的锌镍电池采用β-Ni（OH）2为正极材料,但是β-Ni（OH）2的理论容量只有289 mAh g-1,经过多年的发展实际电化学性能已经接近理论值,发展空间有限。因此研究开发具有更高容量和更好循环性能的新的正极材料成为一项有意义的挑战。本文在前人的研究基础上,设计合成新的含碳镍基复合材料,并将它们用做锌镍电池正极材料,研究其电化学行为,主要研究内容和结果如下:（1）首次以葡萄糖(C6H12O6·H2O)为碳源,以氯化镍（NiCl2）为镍源,尿素（CO（NH2）2）作碱,在160℃条件下采用一锅水热法原位合成得到了含碳的球形介孔α-Ni（...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
氢氧化镍在KOH溶液中充放电时不同相的转换关系Bode图
重庆大学博士学位论文16仪器名称型号生产厂家电化学工作站CHI660E上海晨华仪器有限公司电池测试仪LANHECT2001A武汉蓝电电子股份有限公司X射线衍射仪X’Pert荷兰PANalytical扫描电子显微镜JSM-7600F日本JEOL元素分析仪varioELcube德国ELEMENTAR高分辨透射电镜JEOL-2100F日本JEOLX射线光电子能谱仪ESCALAB250Xi美国Thermo-Fisherscientific红外光谱仪NicoletIR550II美国ThermoFisherScientific拉曼光谱仪LabRAMHREvolution法国JobinYvonS.A.S全自动比表面分析仪Quadrasorb2MP美国Quantachrome2.3材料制备方法2.3.1水热法原位合成α-Ni(OH)2/C复合材料方法本文所用化学原料皆为市售分析纯，未进行进一步处理。典型的水热合成α-Ni(OH)2/C复合纳米材料操作：将8mmol氯化镍(NiCl2·6H2O,1.9g)磁力搅拌溶解在80ml去离子水中，然后加入1mmol葡萄糖(C6H12O6·H2O,198mg)和6mmol尿素(CO(NH2)2,360mg)，继续搅拌30分钟，得到均匀的混合溶液。然后将混合溶液倒入100ml的内衬中，在高压反应釜中160℃保温6小时。待自然冷却后，将得到的混合物倒入大烧杯中，先用去离子水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次，过滤后在鼓风干燥箱中80℃干燥10小时，得到的黑色的粉末即为合成的产物。不含碳的氢氧化镍用同样的方法合成，只是在原料中不加葡萄糖，得到的不含碳的氢氧化镍为蓝色粉末。同样的水热条件下，当只加入1mmol葡萄糖(C6H12O6·H2O,198mg)水热反应时，得到黑色粉末碳。水热合成流程示意图如图2.1所示。图2.1材料制备工艺流程Fig2.1Processdemonstrationofmaterialpreparation
2实验方法21图2.2吸附等温线分类图Fig2.2Thediagramofadsorptiondesorptionisothermclassification图2.3三电极体系示意图Fig2.3Aschematicdiagramofthethreeelectrodesystem本文三电极体系采用合成的粉末为活性材料制作的电极为研究电极，汞/氧化汞电极为参比电极（碱性溶液中常用的参比电极，标准电极电势为0.0977V
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔生物质碳材料的制备及应用研究进展[J]. 王晓丹,马洪芳,刘志宝,陈张豪,刘鑫鑫. 功能材料. 2017(07)
[2]水热碳化法制备碳纳米材料[J]. 李赛赛,曹迎楠,王军凯,梁峰,段红娟,张海军. 材料导报. 2016(09)
[3]碳纳米管复合材料的研究进展[J]. 王香爱. 化工科技. 2016(02)
[4]高比表面积介孔氧化镍制备及其氧化甲苯的性能[J]. 夏云生,刘靖婷,夏璐,鲁奇林,包德才. 中国科学:化学. 2016(02)
[5]氢氧化镍/氧化石墨烯复合电极材料的研究[J]. 林煦呐,宋朝霞,曾森,张玉娟,刘伟. 电源技术. 2016(01)
[6]类石墨烯碳材料的制备及其电容性能研究[J]. 苏善金,来庆学,梁彦瑜. 化学学报. 2015(07)
[7]水热碳化法的研究进展[J]. 黄维,范同祥. 材料导报. 2014(S1)
[8]石墨烯及其聚合物纳米复合材料[J]. 张力,吴俊涛,江雷. 化学进展. 2014(04)
[9]纳米碳材料的功能化及其在电极修饰中的应用[J]. 陈海锋,马香娟,边丽匣. 化工新型材料. 2014(03)
[10]石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展[J]. 赵冬梅,李振伟,刘领弟,张艳红,任德财,李坚. 化学学报. 2014(02)
博士论文
[1]锌镍电池正极材料镍铝层状双氢氧化物的制备、结构与性能[D]. 杨建锋.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]介孔碳/金属氧化物纳米复合材料的制备及电化学性能研究[D]. 蒋媛媛.上海交通大学 2014
本文编号：3371401
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
氢氧化镍在KOH溶液中充放电时不同相的转换关系Bode图
重庆大学博士学位论文16仪器名称型号生产厂家电化学工作站CHI660E上海晨华仪器有限公司电池测试仪LANHECT2001A武汉蓝电电子股份有限公司X射线衍射仪X’Pert荷兰PANalytical扫描电子显微镜JSM-7600F日本JEOL元素分析仪varioELcube德国ELEMENTAR高分辨透射电镜JEOL-2100F日本JEOLX射线光电子能谱仪ESCALAB250Xi美国Thermo-Fisherscientific红外光谱仪NicoletIR550II美国ThermoFisherScientific拉曼光谱仪LabRAMHREvolution法国JobinYvonS.A.S全自动比表面分析仪Quadrasorb2MP美国Quantachrome2.3材料制备方法2.3.1水热法原位合成α-Ni(OH)2/C复合材料方法本文所用化学原料皆为市售分析纯，未进行进一步处理。典型的水热合成α-Ni(OH)2/C复合纳米材料操作：将8mmol氯化镍(NiCl2·6H2O,1.9g)磁力搅拌溶解在80ml去离子水中，然后加入1mmol葡萄糖(C6H12O6·H2O,198mg)和6mmol尿素(CO(NH2)2,360mg)，继续搅拌30分钟，得到均匀的混合溶液。然后将混合溶液倒入100ml的内衬中，在高压反应釜中160℃保温6小时。待自然冷却后，将得到的混合物倒入大烧杯中，先用去离子水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次，过滤后在鼓风干燥箱中80℃干燥10小时，得到的黑色的粉末即为合成的产物。不含碳的氢氧化镍用同样的方法合成，只是在原料中不加葡萄糖，得到的不含碳的氢氧化镍为蓝色粉末。同样的水热条件下，当只加入1mmol葡萄糖(C6H12O6·H2O,198mg)水热反应时，得到黑色粉末碳。水热合成流程示意图如图2.1所示。图2.1材料制备工艺流程Fig2.1Processdemonstrationofmaterialpreparation
2实验方法21图2.2吸附等温线分类图Fig2.2Thediagramofadsorptiondesorptionisothermclassification图2.3三电极体系示意图Fig2.3Aschematicdiagramofthethreeelectrodesystem本文三电极体系采用合成的粉末为活性材料制作的电极为研究电极，汞/氧化汞电极为参比电极（碱性溶液中常用的参比电极，标准电极电势为0.0977V
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔生物质碳材料的制备及应用研究进展[J]. 王晓丹,马洪芳,刘志宝,陈张豪,刘鑫鑫. 功能材料. 2017(07)
[2]水热碳化法制备碳纳米材料[J]. 李赛赛,曹迎楠,王军凯,梁峰,段红娟,张海军. 材料导报. 2016(09)
[3]碳纳米管复合材料的研究进展[J]. 王香爱. 化工科技. 2016(02)
[4]高比表面积介孔氧化镍制备及其氧化甲苯的性能[J]. 夏云生,刘靖婷,夏璐,鲁奇林,包德才. 中国科学:化学. 2016(02)
[5]氢氧化镍/氧化石墨烯复合电极材料的研究[J]. 林煦呐,宋朝霞,曾森,张玉娟,刘伟. 电源技术. 2016(01)
[6]类石墨烯碳材料的制备及其电容性能研究[J]. 苏善金,来庆学,梁彦瑜. 化学学报. 2015(07)
[7]水热碳化法的研究进展[J]. 黄维,范同祥. 材料导报. 2014(S1)
[8]石墨烯及其聚合物纳米复合材料[J]. 张力,吴俊涛,江雷. 化学进展. 2014(04)
[9]纳米碳材料的功能化及其在电极修饰中的应用[J]. 陈海锋,马香娟,边丽匣. 化工新型材料. 2014(03)
[10]石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展[J]. 赵冬梅,李振伟,刘领弟,张艳红,任德财,李坚. 化学学报. 2014(02)
博士论文
[1]锌镍电池正极材料镍铝层状双氢氧化物的制备、结构与性能[D]. 杨建锋.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]介孔碳/金属氧化物纳米复合材料的制备及电化学性能研究[D]. 蒋媛媛.上海交通大学 2014
本文编号：3371401
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