多孔碳基材料用于高性能钾离子电池负极的研究

发布时间：2024-04-28 02:45

　　随着社会和科技发展日新月异,各式电子设备尤其是电动汽车飞速发展,对于高性能二次电池的需求愈加旺盛。目前应用最为广泛的二次储能体系是锂离子电池,但受限于储量较低的锂资源,因而迫切需要找到替代品。而钾元素具有地壳丰度高、开发方便、成本低廉等特点,因此钾离子电池是非常有应用潜力的新型二次电池。但由于钾离子半径大,扩散速率慢,因而制约钾离子电池发展的主要瓶颈是缺乏能实现K⁺可逆脱嵌的高性能电极材料,尤其是钾离子电池负极材料。然而钾离子在传统的石墨负极材料中脱嵌时会带来巨大的体积膨胀,导致石墨结构破碎,因而储钾容量低、倍率性能差,且循环寿命短。而多孔碳类材料由于具有丰富的活性位点、稳固的结构和较短的离子迁移通道,正是更为合适的钾离子电池负极材料。在本论文中,我们不仅以废旧腈纶毛线为原料,纳米锡颗粒为模板,通过静电纺丝技术制备了氮掺杂的多孔碳纳米纤维(NMCNFs);而且以乙酰丙酮盐为碳源,通过自模板技术经高温碳化和酸洗处理制备了多孔石墨碳材料。其中NMCNFs具有高氮掺杂(7.98%)、内部互联的多级孔结构,可以提供丰富的活性位点、缩短内部离子扩散通道。氮掺杂的多孔碳纳米纤...

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1钾离子电池工作原理示意图

第一章绪论3优势。隔膜作用是防止正负极直接接触，避免发生短路，此外还必须满足允许离子通过、避免循环过程中形成的钾枝晶穿刺，目前主要使用的隔膜一般为玻璃纤维材质和多孔聚合物材质。此外还有小部件也必不可少，如粘结剂、导电剂、外壳等。粘结剂主要是聚偏氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素钠（....

图3-1氮掺杂的多孔碳纳米纤维材料的合成示意图

华南理工大学硕士学位论文24理3h，使金属锡颗粒在溶液中均匀分布。接着将制备好的均匀分散的前驱体浆液转移至静电纺丝机中将其拉伸成纳米纤维，操作电压为20kV，针头内径为0.35mm，接收板与针头间的工作距离为15cm，进料速率为0.02mlmin-1。随后将获得的纳米纤维放入程序....

图3-2NMCNFs样品的（a）XPS全谱；（b）C1s谱图；（c）N1s谱图；（d）O1s谱图

第三章氮掺杂的多孔纳米碳纤维用作钾离子电池负极材料25到普鲁士白材料。3.2.3材料的表征及电池的制备详见第二章实验部分。3.3实验结果与讨论3.3.1X射线光电子能谱（XPS）结果分析图3-2是氮掺杂的多孔碳纳米纤维的XPS测试结果，对其元素组成做了具体的分析，从图3-2（a）....

图3-3合成的Sn@CNFs、NMCNFs和PCNFs材料的XRD图

华南理工大学硕士学位论文26eV的C-C键、285.5eV的C-N键与C-O键、286.5eV的C=O键[83,87]。而O1s峰则可以分为两个更具体的峰，分别是位于532.3eV的C=O键和位于533.0eV的C-O键[4,10,88,89]。而对于氮元素来说，它可以被细分为四....

本文编号：3966056