【摘 要】
:
随着科技的进步,可移动电子设备迅速进入人们生产和生活的各个领域,也为解决能源紧缺和环境污染问题作出了巨大贡献。锂离子电池因其具有较高的能量密度,优异的循环倍率性能,目前已经被应用于各种便携式设备。但由于地球上锂资源匮乏,价格昂贵且不具有可持续性,难以应用到大规模储能系统上,因此寻找锂的替代元素是很有必要的。钾元素储量丰富价格低廉,并且与锂元素具有类似的化学性质,这都赋予了钾离子电池良好的应用前景,
论文部分内容阅读
随着科技的进步,可移动电子设备迅速进入人们生产和生活的各个领域,也为解决能源紧缺和环境污染问题作出了巨大贡献。锂离子电池因其具有较高的能量密度,优异的循环倍率性能,目前已经被应用于各种便携式设备。但由于地球上锂资源匮乏,价格昂贵且不具有可持续性,难以应用到大规模储能系统上,因此寻找锂的替代元素是很有必要的。钾元素储量丰富价格低廉,并且与锂元素具有类似的化学性质,这都赋予了钾离子电池良好的应用前景,目前也有越来越多的研究人员参与该方面的研究。电极材料是锂离子电池与钾离子电池的重要组成部分。近年来,碳质电极材料作为锂离子电池与钾离子电池负极得到了广泛的研究。目前市面上的石墨用于锂存储的理论容量较低(372 m Ah g-1),这限制了石墨在大功率、大规模储能领域的应用。为了改善这种情况,我们有必要开发和设计一种替代的高性能碳材料。目前对于石墨类材料的改性研究包括碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维等各种碳材料及其复合材料。本课题采用简单高效的熔盐法,制备石油沥青基与生物质基的改性碳材料,并对其锂/钾电化学性能进行研究,主要包括以下三部分:(1)利用廉价易得的石油沥青作为前驱体,三聚氰胺作为可调节的氮源,将其与KCl/Ca Cl2二元熔盐通过行星球磨仪均匀混合,之后将其放入氮气氛围进行煅烧,最后就得到具有超薄二维结构的分级多孔碳(NSCN-x)。这种氮掺杂的二维无定形碳结构具有扩大的层间距,高无序度和有效的活性表面,可显著改善Li+/K+的储存和迁移。当用作锂离子电池负极材料时,NSCN-1在1 A g-1的大电流密度下,经过800次循环后仍具有848 m Ah g-1的比容量,而在钾离子电池中,NSCN-1在1 A g-1的大电流密度下,经过1500次循环后仍保持214 m Ah g-1的比容量。(2)以第一部分实验制备出来的氮掺杂超薄沥青基碳材料(NSCN-1)作为导电碳基底,与乙酸锰(Mn(CH3COO)2·4H2O)混合进行水热反应,制备出Mn3O4/NC材料。之后,再对材料进行二次煅烧最终形成具有优异储锂性能的Mn O/NC材料。Mn O纳米颗粒的粒径大约在100 nm~200 nm之间,且均匀的附着在无定形碳纳米表面。Mn O/NC良好的结构形貌以及大的比表面积使其作为锂电负极的时候具有良好的导电性、高比容量以及良好的循环稳定性。在1 A g-1的大电流密度下,Mn O/NC经过180次循环后展现出1061 m Ah g-1的高比容量,是一种理想的锂离子电池负极材料。(3)利用生物质材料玉兰花瓣作为碳前驱体,以Zn Cl2为模板和活化剂,通过一步碳化法制备珊瑚状玉兰花基多孔碳材料(CMPC)。当用作锂电与钾电负极时,CMPC展示出优异的电化学性能,在1 A g-1的大电流密度下,CMPC-2在锂离子电池中,经过在750个循环后仍保持876 m Ah g-1的比容量;而在钾离子电池中,经过1000个循环后仍保持161 m Ah g-1的比容量。其优异的电化学性能归功于其独特的珊瑚状的三维交联碳纳米结构、高比表面积(903 m~2 g-1)以及丰富的孔隙结构(1.09 cm~3 g-1)。CMPC的优异性能表明其在电化学储能方面具有广阔的应用前景。
其他文献
经济的快速发展以及巨大的能源需求造成了化石燃料的快速消耗和二氧化碳的大量排放。发展新型能源是实现不可再生资源可持续利用,减少二氧化碳排放的必由之路。随着对先进储能系统的迫切需求,经济、环保、具备高能量密度的电化学储能系统受到了越来越多人们的关注。可充电的锌-空气电池以其显著的理论容量、低成本和环境友好性吸引了人们的研究兴趣。锌-空气电池的标准电动势为1.65 V,实际条件下充电和放电电压距离该值有
含油污泥是石油行业产生的危险固体废弃物,有着存量多、增量大、毒性强等特点,如不加以处理,将对环境和人体造成巨大危害。热解是实现含油污泥无害化和资源化的有效手段,本论文利用微波加热技术对含油污泥进行深度干化处理和热解机理研究。采用工业分析、元素分析、GC-MS、XRF、XRD等手段对含油污泥的基本组成与性质进行分析。结果显示,含油污泥中水、油、固的含量分别为47.7%、29.2%、23.1%;含油污
膜分离作为高效环保的新兴分离技术越来越受到学术界和工业界的重视,传统的聚酰胺分离膜是由均苯三甲酰氯(TMC)和哌嗪(PIP)或间苯二胺(MPD)在超滤基膜上通过界面聚合反应制备的,尽管传统分离膜性能优异但依然无法完全满足不同场景的实际应用要求。本研究旨在扩大酰氯单体范围,合成一种新型酰氯单体并通过界面聚合制备聚酰胺膜,探讨酰氯结构变化对聚酰胺膜结构和性能的影响。本文设计合成新型的酰氯单体3,3,4
锂离子电池(锂电)的高能量密度、长循环寿命加速了其产业化,同时锂盐的匮乏、安全性低等问题也使得锂电的发展到了瓶颈期。钠离子电池(钠电)作为锂电较有前途的替代品迎来了研发热潮,钠源的低成本减小了钠电的造价,较高的氧化还原电势提升了安全性;这都利于将钠电用到规模储能中。然而,钠电由于较高的氧化还原电势而固有的能量密度低,倍率能力差的问题使得钠电很难根本上媲美锂电。同时,钾离子电池(钾电)较低的氧化还原
线控底盘是高阶自动驾驶技术落地的保障,电子机械制动系统是真正意义上的纯线控制动,完全摒弃液压/气压装置,实现人车解耦,易于集成电子驻车制动、防抱死制动系统、电子稳定控制、牵引力控制、自动紧急制动等自动驾驶系统功能,提升车辆主动安全性和操纵稳定性,是高级别自动驾驶技术的理想制动执行机构。但是由于系统可靠性、功能安全及成本等原因仍未规模量产应用。报告对电子机械制动系统典型结构设计原理,系统冗余设计方案
随着全球能源的日益消耗,人类面临着能源消耗殆尽的巨大压力,而且在石油化石资源的使用过程中也伴随着严重的环境污染问题。由于木质素具有储量丰富、可再生等特点引起了广大研究者的关注。因此对木质素进行催化加氢脱氧处理具有重要研究意义。本论文以愈创木酚为模型化合物研究了在碱性水相环境下催化剂对愈创木酚的加氢脱氧反应;设计了一种两步法反应,为愈创木酚的加氢脱氧反应提供了一个新的思路。以椰壳炭为催化剂载体,采用
随着全球工业迅速发展、纺织、化妆品、橡胶、印刷等行业排放的有机染料废水日益增多。这些有机染料废水会破坏水生生态环境,因此寻求有效的方法处理有机染料废水具有重大意义。当前处理染料污水的手段有很多,如吸附、化学催化等。但是目前常用的吸附手段不能有效分解废水中的有机染料。因此,低能耗易操的的化学催化法不失为一种好的方法。值得注意的是,由于良好的物理化学性质,钯基(Pd)贵金属纳米粒子可作为优异的催化剂来
氮掺杂碳材料独特的物理化学性质使其在催化、电催化等领域的应用有着巨大的潜在价值。碳材料的制备原料多种多样,但寻找低廉易得的碳源和氮源具有重要的现实意义。随着世界能源需求的增加,作为常规石油重要补充之一的页岩油,其加工利用日益受到重视,但页岩油中含量相对较高的含氮化合物,会给页岩油的清洁高效转化带来诸多挑战。将页岩油中的含氮化合物脱除,不仅可以显著改善页岩油的品质,而且分离得到的含氮化合物可能是合成
2D MOFs纳米材料由于其独特的尺寸效应、多孔结构、高孔隙率和高比表面积,在电催化析氧反应、析氢反应、催化等领域具有很好的应用前景,近些年来得到了广泛研究。然而现有的制备2D MOFs纳米材料的方法,存在合成步骤复杂、产率低、得到的纳米材料不稳定等局限因素,所以不利于2D MOFs纳米材料的可控以及高效率合成。微液滴连续合成是近些年来出现的一种新型材料合成的反应方法。基于微液滴反应过程中,反应条