新型功能性电极材料的可控制备及其电化学性能研究

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随着经济的发展,能源与环境问题日益突出,以绿色环保和节能高效为根本理念的新能源产业的快速发展,促使研究者们探索新能源材料和储能系统。传统的无机电极材料由于价格昂贵,过渡金属不可再生等弊端,无法满足绿色环保的理念,进而促使了新型有机电极材料的开发。与传统无机电极材料相比,新型有机电极材料具有合成方法简单,原料可再生,分子结构设计灵活等优点。因此,设计出高容量,不溶于电解液的新型有机电极材料具有重要的意义。此外,科研者们致力于开发安全系数更高的储能系统,与碱金属离子电池相比,水系锌离子电池电解液不可燃,具有更高的安全系数。因此,本文主要研究内容如下:通过简单的水热反应,将小分子芘通过Scholl反应制得具有高比表面积(324.2 m~2g-1)和高热稳定性的π-共轭聚芘纳米花。作为锂离子电池(LIBs)和钾离子电池(PIBs)负极时,具有极好的结构稳定性。应用于PIBs,在500 m A g-1电流密度下,循环1000圈,可逆容量为190 m Ah g-1。应用于LIBs,在1000 m A g-1电流密度下,循环800圈,容量仍能达到565 m Ah g-1。通过直接合成法将具有氧化还原活性基团的2-氨基-4-噻唑乙酸进行聚合、盐化,得到具有纳米片状结构的聚合物。作为钠离子电池(NIBs)负极时,显示出优异的电化学稳定性,在1000 m A g-1经过1000次循环,容量能维持190 m Ah g-1。基于水热反应成功合成出KMn8O16纳米纤维微球,并作为ZIBs正极,探讨了在不同组分电解液中的电化学性能。结果显示,在含EG组分电解液中,电流密度为200 m A g-1时,经过100次循环,比容量达到200 m Ah g-1;其中,K+可以稳定锰的骨架;添加EG组分,能抑制析氢副反应,并具有一定的低温性能。
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