【摘 要】
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随着能源资源日益紧缺,人们的环保意识逐渐增强,发展不同类型的清洁能源以替代不可再生的化石能源以及缓解环境污染问题引起了人们广泛的关注和研究。其中风能、太阳能和水能受当地环境的限制同时存在运输成本高等问题,电池作为一种新能源引起了科学家的广泛研究。水系碱性可充电电池,具有安全和低成本的优点,其比功率优于锂离子电池,比能量优于超级电容器,广泛应用于电动汽车、便携式电子设备和大规模储能装置。遗憾的是,目
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随着能源资源日益紧缺,人们的环保意识逐渐增强,发展不同类型的清洁能源以替代不可再生的化石能源以及缓解环境污染问题引起了人们广泛的关注和研究。其中风能、太阳能和水能受当地环境的限制同时存在运输成本高等问题,电池作为一种新能源引起了科学家的广泛研究。水系碱性可充电电池,具有安全和低成本的优点,其比功率优于锂离子电池,比能量优于超级电容器,广泛应用于电动汽车、便携式电子设备和大规模储能装置。遗憾的是,目前它的能量密度有限,循环稳定性相对较差,极大地阻碍了它的实际应用,探究其主要原因是缺乏高性能的电极材料。因此,设计和制备高性能的电极材料是实现碱性电池实际应用的迫切需要。本论文简述了水系碱性电池各类电极材料的储能机理及最新的研究进展。同时本文也针对水系碱性电池电极材料存在的导电性差、利用率低等问题提出解决方案。主要工作如下:一、镍基正极机械性能和优异的电化学性能相结合是镍锌电池研究的热点和难点。在此基础上,我们提出了一种新型的、生态友好的,在泡沫镍/溶液界面Ni2+水解和H+刻蚀的自循环策略。即在适中的温度下,在压制好的泡沫镍上合成三维NiO纳米片阵列（记为NiO/PNF）。所制备的NiO/PNF电极具有出色的机械柔韧性和稳定性,容量高达5.08 m Ah/cm3。组装的NiO/PNF||Zn电池的峰值能量和功率密度分别达到5.2m Wh/cm3和1944.4 m W/cm3。二、我们采用静电纺丝法、高温煅烧法制备了一种氮掺杂多孔碳包裹金属铋纳米纤维材料（记为Bi@NPCF）和多孔碳包裹金属铋纳米纤维材料（记为Bi@PCF）,Bi@NPCF材料通过添加二氰二胺提高了N含量从而提高材料的导电性,同时调节了材料的孔径分布,材料具有丰富的微孔更有利于电解质的渗透及离子/电子的传输。电化学测试结果表明Bi@NPCF表现出优异的电化学性能,特别是超长的循环稳定性,循环10000圈后容量保持率为116.95%。并且循环后结构保持完整。通过循环伏安测试（CV）与恒电流充放电测试（GCD）表明Bi@NPCF比Bi@PCF具有更高的容量。其高性能源于其独特的结构所带来的高原子利用率和电化学反应的快速反应动力学。与NiCo2O4纳米线正极材料组装成NiCo2O4|Bi@NPCF电池后也表现出优异的电化学性能,经5000圈循环后材料的容量保持率为95.86%。此外,NiCo2O4||Bi@NPCF电池的峰值能量和功率密度分别达到100.89 Wh/kg和38 k W/kg。
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