杂原子掺杂多孔碳材料的制备及储钾性能研究
发布时间：2021-12-11 11:24
碳质材料因其丰富、稳定、使用安全等优点,是钾离子电池极具发展前景的负极材料之一。然而,碳基负极材料仍存在容量低且长时间循环容量不断衰减等问题。杂原子掺杂、设计合理的微观结构是提高碳质材料电化学性能的有效方法。氮是碳质负极材料中最有前途的掺杂原子之一,它能产生缺陷位点、提高电子导电性。此外,与未掺杂碳相比,氮掺杂碳质材料具有扩大层间空间的特点,有利于钾离子的插入和脱出,提高电化学性能。磷掺杂是另一种重要的改性方法,由于其具有较强的供电子能力,有利于改善材料的电子性质,加速电子转移,增加部分反应活性。本论文通过简单高效的实验方法制备杂原子掺杂多孔碳材料以获得高容量的钾离子电池负极材料。总结如下:（1）通过熔融盐热解蓝藻粉末这一简单绿色的方法合成氮氧共掺杂分级多孔碳（NOPC）。氮氧共掺杂多孔碳用做钾离子电池负极具有高度的可逆能力和超长的循环稳定性,在50 mA g-1的电流密度下（100个循环）保留了266 mAh g-1的容量;在1000 mA g-1的电流密度下（1000个循环）保持104 mAh g-1
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钾离子电池结构图
被赋予一种独特的能力来调整他们的结构配置,以适应大半径的钾离子不发生结构崩溃。[25-27]钾离子电池可能的有机正极材料通常以其官能团为特征，这些官能团在电化学上具有氧化或还原活性。如，聚蒽醌基硫化物 (PAQS)已被确定为一种有前途的钾离子电池正极材料具有稳定的羰基氧化还原中心，适用于与钾离子的可逆反应。重要的是，PAQS 的长主干链可以弯曲以适应 K+的插入，这为连续循环充放电保持一定的结构稳定性提供了一种有效的途径(图 1-3)，[28]因此 PAQS具有高达 220 mAh g-1的可逆容量。尽管有机电极材料具有明显的优势，但其在非质子电解质中的高溶解度对其在钾离子电池中的实际应用提出了挑战。由于过高的溶解度使得可充电电池的材料损耗持续，容量衰减迅速。然而聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，对活性聚苯胺的溶解能力大大降低。[29]因此，基于 PMMA 在有机液体电解质的基础上，钾离子电池在 50 mA g-1的电流密度下循环 100 次仍能保持首周容量的 98%。除了溶解度相关的问题外，有机电极还存在插层电位低的问题。预计未来的研究工作将继续集中在电解质设计上，以减轻钾化/脱钾化过程中有机物的溶解，并探索其他具有不同骨架、侧链或官能团的有机物，从而促进氧化还原电位的增强。
mA g-1时具有 156 mAh g-1的高初始放电能保持率近 70%。通过原位 XRD 的检测，可与晶态之间的转变。将这些材料用于钾离子 Xu 等人制备了 KTi2(PO4)3纳米管，并在管和碳复合物，在 64 mA g-1时可以达到 7循环后容量不会衰减。相比之下，仅 KTi2(会急剧下降到 40mAhg-1，这就凸显了正极化学性能的重要性。了结构相同的 KVPO4F 和 KVOPO4非水钾VPO4F 和 KVOPO4具有高可逆性的钾提取 84 mAh g-1（在 2.0 V-5.0 V 的电压范围），电压达到 4.0 V 以上。尽管脱出了较大的钾至 5.0 V 后晶格体积缩小 5.8%和 3.3%，循
【参考文献】：
期刊论文
[1]在NaCl非水离子液体中制备类石墨烯状氮硫共掺杂生物质碳材料来提高锂硫电池的动力学研究（英文）[J]. 黄曼,杨靖宇,奚宝娟,弭侃,封振宇,刘静,冯金奎,钱逸泰,熊胜林. Science China Materials. 2019(04)
[2]Robust self-supported anode by integrating Sb2S3 nanoparticles with S,N-codoped graphene to enhance K-storage performance[J]. Yanying Lu,Jun Chen. Science China（Chemistry）. 2017(12)
[3]An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery[J]. Science Foundation in China. 2015(04)
本文编号：3534591
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钾离子电池结构图
被赋予一种独特的能力来调整他们的结构配置,以适应大半径的钾离子不发生结构崩溃。[25-27]钾离子电池可能的有机正极材料通常以其官能团为特征，这些官能团在电化学上具有氧化或还原活性。如，聚蒽醌基硫化物 (PAQS)已被确定为一种有前途的钾离子电池正极材料具有稳定的羰基氧化还原中心，适用于与钾离子的可逆反应。重要的是，PAQS 的长主干链可以弯曲以适应 K+的插入，这为连续循环充放电保持一定的结构稳定性提供了一种有效的途径(图 1-3)，[28]因此 PAQS具有高达 220 mAh g-1的可逆容量。尽管有机电极材料具有明显的优势，但其在非质子电解质中的高溶解度对其在钾离子电池中的实际应用提出了挑战。由于过高的溶解度使得可充电电池的材料损耗持续，容量衰减迅速。然而聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，对活性聚苯胺的溶解能力大大降低。[29]因此，基于 PMMA 在有机液体电解质的基础上，钾离子电池在 50 mA g-1的电流密度下循环 100 次仍能保持首周容量的 98%。除了溶解度相关的问题外，有机电极还存在插层电位低的问题。预计未来的研究工作将继续集中在电解质设计上，以减轻钾化/脱钾化过程中有机物的溶解，并探索其他具有不同骨架、侧链或官能团的有机物，从而促进氧化还原电位的增强。
mA g-1时具有 156 mAh g-1的高初始放电能保持率近 70%。通过原位 XRD 的检测，可与晶态之间的转变。将这些材料用于钾离子 Xu 等人制备了 KTi2(PO4)3纳米管，并在管和碳复合物，在 64 mA g-1时可以达到 7循环后容量不会衰减。相比之下，仅 KTi2(会急剧下降到 40mAhg-1，这就凸显了正极化学性能的重要性。了结构相同的 KVPO4F 和 KVOPO4非水钾VPO4F 和 KVOPO4具有高可逆性的钾提取 84 mAh g-1（在 2.0 V-5.0 V 的电压范围），电压达到 4.0 V 以上。尽管脱出了较大的钾至 5.0 V 后晶格体积缩小 5.8%和 3.3%，循
【参考文献】：
期刊论文
[1]在NaCl非水离子液体中制备类石墨烯状氮硫共掺杂生物质碳材料来提高锂硫电池的动力学研究（英文）[J]. 黄曼,杨靖宇,奚宝娟,弭侃,封振宇,刘静,冯金奎,钱逸泰,熊胜林. Science China Materials. 2019(04)
[2]Robust self-supported anode by integrating Sb2S3 nanoparticles with S,N-codoped graphene to enhance K-storage performance[J]. Yanying Lu,Jun Chen. Science China（Chemistry）. 2017(12)
[3]An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery[J]. Science Foundation in China. 2015(04)
本文编号：3534591
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3534591.html
