【摘 要】
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钾离子电池是一种新型的储能装置。与锂离子电池相比,钾离子电池的优势众多,如资源丰富、电极电势低等。因为钾、钠、锂在同一主族,所以电池的工作机理非常相似,它们都是依靠离子在正极和负极之间移动来工作。本文选用了Sb2S3和Sb2Se3两种纳米线作钾离子电池的阳极材料,在透射电子显微镜内以纳米线为工作电极搭建钾离子电池,从微观层面探索纳米线在嵌钾/脱钾过程中实时的形貌、结构、成分的微观变化,揭示纳米材料
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钾离子电池是一种新型的储能装置。与锂离子电池相比,钾离子电池的优势众多,如资源丰富、电极电势低等。因为钾、钠、锂在同一主族,所以电池的工作机理非常相似,它们都是依靠离子在正极和负极之间移动来工作。本文选用了Sb2S3和Sb2Se3两种纳米线作钾离子电池的阳极材料,在透射电子显微镜内以纳米线为工作电极搭建钾离子电池,从微观层面探索纳米线在嵌钾/脱钾过程中实时的形貌、结构、成分的微观变化,揭示纳米材料在钾电池中的储能机理,解释材料在储能过程中的失效机制,为寻找合适的纳米电极材料或对纳米材料进行改性提供微观理论依据。在透射电子显微镜中以Sb2S3纳米线为阳极材料,金属钾作阴极材料,氧化钾作电解质,在透射电镜中搭建钾离子纳米电池装置,采用外加电压的手段原位观测了Sb2S3纳米线的电化学嵌钾/脱钾过程,纳米线在嵌钾过程中出现明显的伸长、弯曲、体积膨胀现象,解释了宏观电池性能中表现出的首圈效率低,容量衰减较快的原因,电极材料发生转化反应生成KxSb2S3,在脱钾过程中体积无法恢复到初始状态,原因尚待研究。然后以Sb2S3纳米线作负极材料,金属钾作正极材料制作扣式电池,测试扣式电池的倍率、寿命等性能。在透射电子显微镜中以Sb2Se3纳米线为阳极材料,金属钾为阴极材料,氧化钾作电解质,构建了纳米离子电池,采用外加电压的手段原位实时观测了Sb2Se3纳米线的电化学嵌钾/脱钾过程,纳米线在嵌钾过程中出现了明显的伸长、膨胀、弯曲现象,解释了宏观电池性能中表现出的首圈效率低,容量衰减较快的原因,电极材料也发生转化反应生成KXSb2Se3,在脱钾过程中体积无法恢复到初始状态,原因尚待研究。以Sb2Se3纳米线为负极材料,金属钾作正极材料制作扣式电池,测试扣式电池的倍率、寿命等性能。
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