【摘 要】
：
随着科技的不断发展,人们希望未来的电化学储能器件具有低成本、高能量密度和高功率密度。新型的混合离子电容器整合了超级电容器和二次离子电池的优势,有望实现该目标。此外,钠资源较锂资源更丰富,从规模化和成本综合角度考虑,混合钠离子电容器（NIC）具有持续发展的应用前景。本文针对传统NIC中正负极材料的反应动力学不匹配、电极材料比容量低、组装工艺繁琐等问题,设计合成了具有高倍率和高比容量的赝电容储钠活性材
论文部分内容阅读
随着科技的不断发展,人们希望未来的电化学储能器件具有低成本、高能量密度和高功率密度。新型的混合离子电容器整合了超级电容器和二次离子电池的优势,有望实现该目标。此外,钠资源较锂资源更丰富,从规模化和成本综合角度考虑,混合钠离子电容器（NIC）具有持续发展的应用前景。本文针对传统NIC中正负极材料的反应动力学不匹配、电极材料比容量低、组装工艺繁琐等问题,设计合成了具有高倍率和高比容量的赝电容储钠活性材料,实现了NIC综合性能的整体优化。本论文取得的主要研究成果归结如下:（1）针对NIC中传统电池型储钠负极材料反应动力学慢的问题,通过氮化处理合成了介孔氮氧化钛（Ti（O,N））纳米线负极材料,实现了高倍率的储钠性能。通过分析不同氧含量Ti（O,N）的物相表征和电化学性能,发现更高氧含量的Ti（O,N）-700纳米线是由共取向的纳米晶粒相互搭接而成,兼具高电子电导率和更丰富的电化学活性位点,能提供更多的电荷转移数,具有更好的倍率容量和循环性能。通过非原位测试及动力学分析,揭示了Ti（O,N）在钠离子存储过程中的表面赝电容特性。最后,与活性炭（AC）正极组装了赝电容?双电层电容型Ti（O,N）//AC NIC,500圈循环后的容量保持率为82.9%;最大能量密度为46 Wh kg-1(对应功率密度46 W kg-1);最大功率密度为11.5 k W kg-1（对应能量密度10.9Wh kg~1）。相比于已报道的类似装置,该NIC展现出更好的能量密度与功率密度兼容性。（2）针对传统NIC中双电层电容型正极材料比容量低的问题,基于酸碱质子理论制备了层结构稳定的吡啶-V2O5·n H2O纳米线正极材料,大幅提升NIC的能量密度。通过物相表征和密度泛函理论计算,发现吡啶以氢键的形式稳定钒氧层结构,该材料在钠离子存储过程中的循环和倍率性能明显优于已报道的钒氧化物正极材料。通过原位XRD、动力学分析,揭示了吡啶-V2O5·n H2O纳米线的嵌入型赝电容特性。与MCMB（介孔相碳微球）负极组装了电池?赝电容型MCMB//吡啶-V2O5·n H2O NIC,在1 A g-1电流密度下循环800圈后,容量保持率为95%;最大能量密度为96 Wh kg-1(对应功率密度59 W kg-1);最大功率密度为14 k W kg-1(对应能量密度37.5 Wh kg-1)。（3）针对传统NIC组装工艺中繁琐的预钠化步骤,制备了高首次库伦效率FeVO4·n H2O纳米线负极材料,综合优化了NIC的组装工艺与性能。通过原位和非原位表征,发现FeVO4·n H2O纳米线的深度钠化反应可以分为两个阶段:钠离子嵌入和无定形转化反应。通过避免无定形转化过程,FeVO4·n H2O纳米线实现了钠离子可逆脱嵌,并展现出优异的倍率和循环性能。通过原位和动力学分析,揭示了该材料的嵌入型赝电容特性。与富钠正极组装了无需额外预钠化的赝电容?电池型FeVO4·n H2O//Na3（VO）2（PO4）2F NIC。通过三电极测试,发现正负极均在合理的电势范围内工作,并展现出很好的安全性和稳定性。通过二电极测试该电容器的电化学性能:5000圈循环后的容量保持率为60%;最大能量密度为88 Wh kg-1(对应功率密度95 W kg-1);最大功率为7.9 k W kg-1(对应能量密度35 Wh kg-1)。与预钠化处理的电容器相比,本工作中无需预钠化处理的电容器展现出更为优异的电化学性能。以上研究表明将赝电容材料应用于设计高性能且装配工艺简单的新型NIC展现出极大的前景,为NIC的发展提供了理论科学基础。
其他文献
水泥稳定基层由于强度高、水稳性和整体性好,是我国应用最为广泛的一种基层结构类型。然而其延迟成型时间不足会导致基层在碾压成型过程中产生较大的强度损失,且其较大的收缩特性极易产生面层反射裂缝,最终导致路面发生破坏。针对上述问题,本文从水泥凝结硬化以及收缩特性入手,研制了缓凝膨胀道路基层专用水泥。通过熟料与辅助功能材料物相匹配,揭示了胶凝相-膨胀元-缓凝组分物相水化、膨胀及强度发展的协同机制,并提出了缓
碳化硼（B4C）陶瓷最为突出的特点是低密度、高硬度。此外,其还具有高弹性模量、优异的耐磨性能和高的中子吸收能力,因而B4C在耐磨材料、轻质防护材料、热电材料及原子反应堆控制材料等领域具有广泛应用。然而,B4C陶瓷的烧结温度高、断裂韧性低,且其导电性差,加工较为困难,这些因素严重制约了B4C陶瓷材料的进一步发展。本论文立足解决B4C陶瓷现有的缺点,设计了不同工艺制备石墨烯均匀分散的高性能B4C–石墨
电活性聚合物（EAP）是一类对电刺激能够产生尺寸或者形状变化的高分子材料。这一吸引人的特点使它们被称为“人造肌肉”。在过去的二十年里,这种对电刺激有形状或尺寸变化的新型聚合物的特性吸引了来自不同学科许多工程师和科学家的广泛关注。和主链全部或大部分为饱和键的柔性聚合物不同的是,聚合物主链上含有大量苯环或多不饱和键的刚性聚合物具有难溶难熔及化学惰性的缺点。对这类聚合物的研究、实际加工及应用更为困难。同
从电子-声子-自旋耦合相互作用出发,设计多功能新型材料,实现从热电功能、电磁功能、磁热功能到热电磁多功能的变革,这种热电磁能量转换多功能新材料是近年热电材料与磁性材料科学交叉的研究热点。碲化铋基热电材料在室温附近具有优异的热电性能,被认为是最具有商业化应用潜力的热电材料。通过载流子工程、声子工程和能带工程等优化策略,p型碲化铋热电性能已获得了大幅提高,但这些策略对提升n型碲化铋热电性能并不有效。针
水系锌离子电池不仅具有高能量密度和功率密度,还具备安全环保、价格低廉等优势,使其成为极具前景的下一代储能器件。本文围绕着钒系材料在水系锌离子电池中的应用展开,包含低维钒系材料的设计、制备、表征以及电化学性能的研究,结合多种原位与非原位表征手段对储锌机制进行深入分析,探究低维钒系正极材料储锌的基础问题,为水系锌离子电池的研究和应用提供重要借鉴。首先研究了V2O5和Na0.3 3V2O5纳米线电极材料
作为现代生活不可或缺的一部分,照明及显示行业每年消耗的能量是巨大的。目前市场上实现白光LED（light emitting diodes）的主要方式为将黄色荧光粉涂覆在蓝色芯片上。然而,这种方式获得的白光LEDs（white light emitting diodes）存在一定的缺陷:（1）由于其光谱缺少红色成分,因而其显色指数较低,色温较高,不适合用于高端照明行业（如医疗）;（2）相较于荧光粉,
单线态裂分（Singlet fission,SF）是指有机半导体材料受激发后产生的单线态激子（S1）,以自旋允许的方式裂分生成两个三线态激子（T1）的多激子产生现象。单线态裂分有望使单节太阳能电池的光电转换效率理论上限从～33%（Shockley-Queisser极限）提高到～44%,引起了研究者们的广泛关注。分子内SF,其裂分速率不受材料的堆积形貌影响,但生成的三线态容易复合,不利于实际应用。为
在高职院校进行教学工作过程中,主要是为了培养实践型人才,提高学生的综合素质,以此来确保其就业竞争能力较强。尤其是高职院校的财务管理课程,更是对于学生的实践素养要求比较高,因此对大数据背景条件下的高职院校财务管理课程的教学改革工作进行研究具有一定的现实意义。本文正是在此背景下,分析大数据时代对于高职院校财务管理课程的相关影响,同时分析了大数据时代对于高职院校财务管理学生的基本要求,结合目前高职院校财
量子点（QD）掺杂玻璃因其尺寸可调的光电性能,引起了广泛关注,在光电器件方面具有较大的应用价值。然而,与胶体量子点相比,影响QD掺杂玻璃的实际应用的主要障碍是其量子效率较低。常用的实验表征手段很难直观地对量子点与玻璃之间的界面结构以及量子点的电子结构进行表征。随着计算机技术的发展,计算机模拟可直观地展现被模拟体系的原子结构,并进行电子结构计算。本文主要是利用多尺度模拟系统地研究了Cd Se QD掺
含氟手性四氢吡咯杂环是众多医药分子、天然产物以及有机合成中间体的关键结构部分,发展其高效高立体选择性的合成方法具有十分重要的研究意义。基于不饱和含氟烷基砌块的不对称催化反应,是合成含氟手性四氢吡咯杂环的重要策略,并取得大量的研究成果。然而,目前报道的反应体系普遍存在催化剂不容易获得且负载量高、底物普适性差、催化产物立体构型不够丰富等问题。基于此,本论文通过设计合成新型不饱和含氟烷基砌块,发展新型过