异质元素修饰有序介孔碳储钠性能的研究

发布时间：2023-01-12 13:22

　　钠离子电池由于其资源丰富、价格低廉且具有与锂相近的理化性质,而被认为是替代锂离子电池在大规模储能领域应用的新电池体系。开发综合性能优异的负极材料对促进钠离子电池的发展具有重要意义。有序介孔碳有高比表面积和独特的相互交联的介孔孔道,有利于钠离子的吸附和扩散,是一种极具潜力的钠离子电池负极材料,但存在导电性差、表面电化学活性位点少的问题。本文针对上述问题,对有序介孔碳进行杂原子掺杂和氧官能化改性,以期制备高性能的钠离子电池负极材料,并对其电化学性能和结构进行研究。主要研究结论如下:（1）通过一步法制备氮硫共掺杂的有序介孔碳,研究了不同掺杂量对有序介孔碳的层间距、缺陷、孔结构、化学键等结构和电化学性质的影响。此外,利用理论计算研究杂原子掺杂有序介孔碳的钠离子吸附能和电子导电性。（2）氮硫原子共掺杂可以有效地提高有序介孔碳的电子导电性和增加缺陷位点,从而改善电子转移的效率和钠离子的吸附过程。在硫脲和介孔碳质量比为5:1时,得到的氮硫共掺杂有序介孔碳表现出优异的电化学性能,在5 A g^-1的电流密度下循环3000周后仍然表现出220 mA h g^-1的... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 钠离子电池简介
    1.3 钠离子电池的组成
        1.3.1 钠离子电池正极材料
        1.3.2 钠离子电池电解液
        1.3.3 钠离子电池负极材料
    1.4 钠离子电池负极材料
        1.4.1 嵌入类材料
        1.4.2 合金类材料
        1.4.3 转化类材料
    1.5 碳负极材料研究进展
    1.6 选题依据及内容
第二章 实验和方法
    2.1 实验试剂和仪器
        2.1.1 化学试剂及气体
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料制备
        2.2.1 有序介孔碳的制备
        2.2.2 氮硫共掺杂有序介孔碳的制备
        2.2.3 氧官能化有序介孔碳的制备
    2.3 材料表征与测试方法
        2.3.1 X射线衍射分析
        2.3.2 拉曼光谱分析
        2.3.3 比表面积和孔分布分析
        2.3.4 扫描电子显微镜分析
        2.3.5 透射电子显微镜分析
        2.3.6 X射线近边吸收光谱分析
        2.3.7 X射线光电子能谱分析
        2.3.8 傅里叶变换红外光谱分析
        2.3.9 热重-质谱联用测试
    2.4 材料电化学性能表征
        2.4.1 电极的制备
        2.4.2 钠离子电池的组装
        2.4.3 恒流充放电测试
        2.4.4 循环伏安法测试
        2.4.5 交流阻抗测试
第三章 氮硫共掺杂有序介孔碳的储钠性能研究
    3.1 引言
    3.2 氮硫共掺杂有序介孔碳的结构表征
        3.2.1 晶体结构表征
        3.2.2 比表面积测试
        3.2.3 形貌表征
        3.2.4 电子结构表征
    3.3 氮硫共掺杂有序介孔碳的电化学性能测试
        3.3.1 循环伏安与充放电性能测试
        3.3.2 循环及倍率性能测试
        3.3.3 交流阻抗测试
        3.3.4 第一性原理计算
    3.4 本章小结
第四章 氧官能化有序介孔碳的储钠性能研究
    4.1 引言
    4.2 氧官能化有序介孔碳的结构表征
        4.2.1 晶体结构与形貌表征
        4.2.2 官能团表征
    4.3 氧官能化有序介孔碳的电化学性能分析
        4.3.1 循环伏安与充放电性能测试
        4.3.2 循环及倍率性能测试
        4.3.3 交流阻抗测试
        4.3.4 电化学反应机理分析
    4.4 本章小结
第五章 结论、创新点及展望
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
在读期间研究成果



本文编号：3729983