无机杂化纤维素凝胶聚合物电解质的制备及其电化学性能研究

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近年来,锌离子电池(ZIBs)由于成本低、资源丰富和环境友好性,已成为一种很有前途的大规模应用的储能设备。与液体电解质刚性电池相比,固态电池(ss Bs)更有益,可提供高灵活性、高耐磨性和防泄漏。目前,各种凝胶电解质已被研究并应用于ZIB中。纤维素作为一种主要的天然可再生聚合物已被广泛应用。本实验围绕纤维素,进行了如下工作:(1)以木质纤维素(棉花)为基体,以Na Cl为填料,制备了一种应用于锌离子电池的新型凝胶聚合物电解质,并探究了掺杂量对其的影响。通过FT-IR、XRD、SEM、TGA、吸液率和水接触角测试进行了物化表征分析。通过电化学性能测试探究出Na Cl的最佳掺杂量为20 wt%,对应的CSC-7的离子导电率室温下高达14.3×10-3 S cm-1。应用了CSC-7的锌离子固态电池在0.8-1.85 V的电压窗口,0.1 A g-1和1 A g-1的电流密度下,电池的放电比容量分别为414.1 m Ah g-1和68.1 m Ah g-1,循环300圈的后电池容量可以保持80.2%(332.1 m Ah g-1)和68.6%(46 m Ah g-1)。(2)以木质纤维素(棉花)为基体,以纳米Si O2为填料,制备了一种应用于锌离子电池的新型凝胶聚合物电解质,并探究了掺杂量对其的影响。通过FT-IR、XRD、SEM、TGA、吸液率和水接触角测试进行了物化表征分析。通过电化学性能测试探究出Si O2的掺杂能够有效地拓宽电压窗口且最优掺杂量为14 wt%,对应的CSD-7的离子导电率室温下可达5.05×10-3 S cm-1。应用了CSD-7的固态锌离子电池在电压窗口为0.2-2.1 V,0.1 A g-1和1 A g-1的电流密度下,电池的放电比容量分别可达257.2 m Ah g-1和49.3 m Ah g-1,循环300圈后电池的比容量分别可以保持在75.1%(193.7 m Ah g-1)和66.7%(33 m Ah g-1)。(3)在前两种产品的优点的基础上,进一步开发新的产品。以木质纤维素(棉花)为基体,以Na Cl和纳米Si O2为填料,制备了一种应用于锌离子电池的双杂化新型凝胶聚合物电解质,并探究了两者的掺杂比例对聚合物的影响。通过FT-IR、XRD、SEM、TGA、吸液率和水接触角测试进行了物化表征分析。通过电化学性能测试探究出掺杂量为20 wt%Na Cl+12 wt%Si O2(CSCD-1)时为最佳,对应的CSCD-1的离子导电率室温下达8.8×10-3 S cm-1。应用了CSCD-1的锌离子固态电池在0.2-2.1 V的电压窗口,0.1 A g-1和1 A g-1的电流密度下,电池放电比容量分别为323.7 m Ah g-1和56.1 m Ah g-1,循环300圈后电池的比容量可以保持71.2%(233.5 m Ah g-1)和60.7%(34.7 m Ah g-1)。
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