普鲁士白正极材料的制备及其储钾性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kissall79
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
锂离子电池在本世纪得到了迅速发展,随着其在大规模储能领域的快速发展,锂资源的短缺与分布不均难以支撑起大规模储能的需求,钾和锂有着相似的物理化学性质,具有与锂接近的化学电势。因此钾离子电池有望在大规模储能领域部分取代锂离子电池。普鲁士白作为钾离子电池的正极材料,有着三维框架和较大的间隙位点,能够满足半径大的钾离子快速的脱嵌,并且有着较大的理论比容量。但是由于结晶水和空位缺陷的存在,普鲁士白表现出较差的循环性能和倍率性能。为了提高普鲁士白的储钾性能,本论文研究内容如下:(1)通过结晶水和缺陷的控制提高普鲁士白性能:采用共沉淀法在不同反应温度下制备了一系列不同结晶水含量和空位缺陷的普鲁士白材料。在所有反应温度下制备的普鲁士白均呈现出单斜相。随着反应温度的升高,材料的结晶度不断提高,且形貌由不规则的颗粒转变为长方体形状。其中在40℃下制备的普鲁士白含有极少的配位水、空位缺陷和较少的沸石水。作为钾离子电池正极时表现出最高的放电容量(10 m A g-1电流密度下容量为121.2 m Ah g-1)、最优的循环稳定性(100 m A g-1电流密度下循环100圈后容量为83.6 m Ah g-1)和良好的倍率性能(500 m A g-1电流密度下容量为73.2 m Ah g-1)。(2)通过Fe取代提高普鲁士白性能:采用Fe2+对K2Mn Fe(CN)6中Mn2+进行取代,研究了Fe元素取代量与材料电化学性能之间的关系。随着Fe取代量的增加,材料的电化学性能表现先增强再衰减的过程。其中在Fe元素取代量在10%时,普鲁士白表现出最高的容量(10 m A g-1电流密度下容量为126.9 m Ah g-1),而且有着最好的循环稳定性(100 m A g-1电流密度下循环200圈后容量为86.9m Ah g-1)和倍率性能(500 m A g-1电流密度下容量为77.5 m Ah g-1)。并通过准原位XRD探究了Fe元素取代后材料性能提升的原因。结果表明在储钾过程中普鲁士白由单斜相-立方相-四方相之间的转变变为单斜相-立方相两相的可逆转变。(3)通过聚苯胺与普鲁士白复合改善其性能:采用氧化法制备了聚苯胺/普鲁士白的复合材料,通过调整聚苯胺的量制备出综合性能优异的电极材料。测试表明聚苯胺的复合并未改变材料的结构,并且普鲁士白颗粒不断与聚苯胺结合,构筑了网络状的电子传输通道。通过电化学分析表明聚苯胺加入降低了材料的电阻,增加了材料的电子电导,从而提升了材料的电化学性能。在聚苯胺复合量为2 wt%时,材料表现出最优的电化学性能。在20 m A g-1电流密度下有着128.1 m Ah g-1的可逆容量,当电流密度提升到1000 m A g-1时,仍有84.3 m Ah g-1的容量。
其他文献
光纤湿度传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、易于集成和尺寸紧凑等独特优势,被广泛应用于农业、半导体、生物研究和医疗等领域。其中,基于光纤模式间干涉的湿度传感器比较常见,这类传感器制备简单,结构紧凑,稳定性好,灵敏度高。本文以熔融拉锥为主要技术手段,将七芯光纤与双孔光纤进行熔融拉锥,并在光纤锥区表面涂覆氧化石墨烯(GO)薄膜,构建基于拉锥七芯光纤和拉锥双孔光纤的高灵敏度湿度传感器。从理论仿真和实验验证两
学位
人类社会的工业化进程离不开化石燃料的大量使用,而这带来了严重的能源短缺和环境污染问题。光催化CO2还原技术可以在太阳光的作用下将温室气体CO2还原成CO、CH4、CH3OH等碳氢燃料,有潜力同时解决当今世界共同面临的环境和能源问题。采用悬浮体系测试光催化CO2还原活性时,是将半导体光催化剂均匀分散到液相中,而CO2反应气体在液相中的溶解度和扩散速率都很低,极大阻碍了光催化还原CO2反应的持续进行。
学位
羟基磷灰石(HAP)纳米颗粒由于其良好的生物相容性、可降解性和纳米特性,在生物医用领域得到了广泛应用。然而,纳米颗粒由于极易团聚使其难以保留纳米特性,通过调控其聚集有望最大程度地保留其纳米特性。此外,研究纳米HAP的聚集行为并寻求可控的有序聚集方法一直是仿生矿化的重点。因此,对HAP纳米颗粒聚集的调控研究具有重要意义。本论文基于超声分散技术并结合聚丙烯酸(PAA)的稳定效应实现了对棒状HAP纳米颗
学位
壳聚糖和海藻酸盐等天然高分子材料凭借其生物相容性、可降解性以及粘附性好等优点,制备得到的胶囊在药物运输和可控释放具有重要的应用价值。然而,胶囊在上述应用中存在的关键性难题在于储存和递送过程中小分子包载物(尤其是分子量<1000)易发生泄露以及外部环境刺激下胶囊响应速度慢等。于是,本论文基于金纳米棒(Au NRs)的光热效应和温敏性聚合物的相变行为,分别利用壳聚糖的静电作用和海藻酸盐的离子交联性制备
学位
随着世界经济的急速发展,工业化设备被广泛使用在各行各业,振动和噪声的污染情况随之见涨,各国高度重视。阻尼材料的应用是一个重要的领域,传统的沥青阻尼片和溶剂型阻尼材料在使用过程中有较大量的可挥发有机气体(VOC),对人体有害且不符合环境友好要求。水性阻尼材料因其以水为溶剂,在使用过程中,水分会挥发,不会有或者极少量的VOC析出,而且其施工方便安全、性能相对优异,在阻尼材料研究领域备受关注。本文通过F
学位
蓝色芯片激发的荧光转换白色光色温高、显色指数差的根本原因是红色光缺失。为弥补其发光性能,氮化物红色荧光粉以其较高的共价性、较窄的能带间隙和较宽的激发光谱脱颖而出。其中Sr2Si5N8:Eu2+作为发光强度较高的一种掺杂结构,近些年来得到广泛应用。由于其发光峰位较为固定,同时发光强度仍有提升的空间,以第一性原理为研究方法的材料计算不失为一种高效的解决方案。本文基于高通量第一性原理计算方法,以三价稀土
学位
随着功能电子器件朝着小型化、轻量化以及低功耗的趋势上发展,开发出与之相匹配的可持续能量源成为一个重要的研究内容。利用压电纳米发电机(piezoelectric nanogenerator,PENG)优异的机械性能以及对环境中的微小振动高度敏感的特点,PENG可以捕捉周围环境中无规则的机械能并将其转化为电能,为智能化功能电子器件的供电问题提供一个可行的解决办法。本论文围绕有机-无机复合压电纳米发电机
学位
化石燃料的快速消耗和日趋严重的环境污染问题促使人们将研究热点转向利用清洁可再生能源的高效储能和转换装置。燃料电池由于其无污染、成本低、能量密度高等特点,被认为是最有潜力的清洁能源转换装置之一。锌空气电池凭借着原材料来源广、环保等优势从电池中脱颖而出。在锌空气电池的实际应用中,氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的动力学缓慢,这极大地影响了锌空气电池的商业化。目前,可以加速ORR和OER反应的催
学位
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有零噪声、零排放、长里程以及可以快速添加燃料等优势,在未来交通中很有希望成为可替代化石燃料的重要动力来源。目前制约其大规模商业化的因素中,除了成本和性能之外,耐久性是如今亟待解决的问题。微孔层(MPL)是气体扩散层的一部分,在质子交换膜燃料电池中发挥着重要作用,其特有的孔径以及疏水性能够降低液态水聚积在催化层与MPL边界的风险,提高水管理能力保证高电流密度下水气传
学位
科学技术发展迅速,激光已经成为各国不可或缺的核心科技之一,它被广泛地应用于军事与民生领域。其中,可见波段的激光在光纤通信、激光手术、军事武器、显示成像与信息读写等方面发挥着重要的作用。激光器的制造离不开激光工作物质。在各种固体激光工作物质之中,SrF2透明陶瓷因为声子能量与折射率低、可穿透光的波长范围大以及不存在双折射现象,逐渐受到重视。Dy3+离子是一种镧系的稀土离子,它内部的6s与5p能级处于
学位