醌胺聚合物及其复合材料的制备及在水系锌离子电池中的应用

发布时间：2021-11-27 07:26

　　水系锌离子电池（ZIBs）因其安全性高、成本低而被认为是一种潜在的储能装置。传统无机材料由于其理论比容量有限,难以满足生产要求,有机材料以分子设计性强、可塑性好这一优势,将成为未来电极材料发展的重点。其中有机醌胺材料作为ZIBs电极材料具有分子设计性强、氧化还原性好、持续可再生的优势。本实验运用迈克尔加成反应设计合成醌胺单体（AQ）及醌胺聚合物（PAQ）,作为ZIBs阴极材料进行电化学性能研究;并以温度为变量,探究其对醌胺聚合物形貌及电化学性能的影响;此外,将碳材料与醌胺聚合物进行复合研究。内容具体如下:首先,将对苯醌分别与甲胺、苯胺、乙二胺、邻苯二胺、对苯二胺和联苯胺反应,合成了两种醌胺化合物及四种醌胺聚合物。醌胺单体分子量小,在电解液中不稳定,乙二胺的脂肪链结构易折叠生成较大的颗粒,对苯二胺和联苯胺的产物导电性差,而由对苯醌与邻苯二胺反应生成的PAQ-2首次放电容量为105.9mAh/g。探究反应温度对PAQ-2形貌和性能影响,40℃反应下的产物在0.1C时具有162.5m Ah/g的高放电容量,在0.1C倍率下循环100圈后,放电容量为114 m Ah/g,容量保持率为70%。其... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同晶型的MnO2结构示意图

燕山大学工程硕士学位论文-14-过程中，通过以反应条件温度为变量，研究温度对产品形貌和电化学性能的影响，确定在反应合成中最佳的反应温度。（2）由于有机物存在导电性差的问题，而碳材料在电池中起到增强导电的作用，因此设计将碳材料与有机材料复合在一起用作电极材料是一种理想的选择。其中，碳纳米管（CNT）是一种一维碳材料，具有优异的电学和化学性能；生物质碳材料（PCC）具有天然独特的孔道结构，而且表面富含杂原子基团，在超级电容器方面具有较高的应用价值。将将醌胺聚合物分别在CNT和PCC两种碳材料表面原位生成，其不仅可以提高有机物的导电性，而且也同时起到在反应过程中缓解活性物质溶解的作用。以CNT和PCC的质量为变量，制备不同含量的CNT/PCC与醌胺聚合物复合的复合材料。研究CNT/PCC复合量对材料性能的影响，确定最佳的复合量。图1-2迈克尔加成反应合成醌胺过程图

燕山大学工程硕士学位论文-20-第3章醌胺化合物及聚合物的合成及温度对醌胺聚合物性能的影响3.1引言有机材料具有轻质、价廉、原料丰富、环境友好可持续等优点[80]，其中由于醌类化合物具有良好的氧化还原的能力，可以用于电极材料。N-H可以与金属离子形成良好的配位作用，与醌环连接时，两者可以通过协同作用形成共轭链结构。本章采用迈克尔加成法设计并制备不同的醌胺单体化合物和醌胺聚合物，分别用于水系锌离子电池（ZIBs）的阴极。由于醌胺单体其分子量较小，在电解液中难以稳定存在，因此可以通过生成醌胺聚合物解决此问题。故以温度为变量，合成得到不同形貌的醌胺聚合物，并研究温度对聚合物电极性能的影响。3.2醌胺化合物及醌胺聚合物的制备3.2.1醌胺化合物的合成称取0.5g（4.62mmoL）对苯醌于烧杯中，加入20mL无水乙醇置于超声仪中，待对苯醌完全溶解后，加入0.54gFeCl3（2mmoL）继续超声溶解，取10mL无水乙醇于另一个烧杯中，量取75μL（1.54mmoL）甲胺溶液滴入后超声分散并转移至烧瓶中，逐滴加入对苯醌的醇溶液，反应液由灰绿色逐渐变为红色，在70℃下反应8h，反应结束后冷却静置，析出红色晶体，抽滤，并用无水乙醇和去离子水依次洗涤，在鼓风干燥箱中60℃干燥12h，得到目标产物，命名为AQ-1。图3-1醌胺单体的分子结构图如上述步骤称取溶解对苯醌及FeCl3，量取140μL（1.54mmoL）苯胺分散在10mL无水乙醇中，向苯胺的乙醇溶液中逐滴加入对苯醌醇溶液时，反应液


本文编号：3521814