基于金属-有机框架衍生的金属硒化物@碳锂离子电池负极材料的制备与性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chaofree900521
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着社会经济的飞速发展和人们生活质量的不断提高,不可再生能源的消耗越来越严重,因此开发新型可再生能源已成为人类的首要任务之一。太阳能、风能、潮汐能、地热能等绿色清洁能源尽管显示了巨大的产能效果与利用价值,但是存在分布不均匀、能量输出间歇不稳定等问题,这也使得世界各国都竞相开发新型高性能电化学能量储存与转化技术和装置。其中,锂离子电池具有能量密度高、成本低、循环寿命长、绿色环保等优点,已成为新型可再生新能源发展的重点之一。然而,目前锂离子电池的应用与发展已经无法满足未来的新能源市场需求,其中负极是影响其应用的关键技术之一,主要因为传统的石墨负极的比容量仅有372 mAh g-1。因此,发展新型、高性能负极材料来大力推动锂离子电池的发展具有重要社会价值与现实意义。过渡金属硒化物具有理论比容量高、晶体结构丰富、导电性优良、成本低等优势,被认为是极具发展潜力的锂离子电池负极材料之一。但其充放电过程中较大的体积变化严重限制了其商业化应用。近年来,基于金属-有机框架前驱体衍生的金属化合物@碳复合材料在锂离子电池领域展现了独特的优势。与传统方法制备的过渡金属硒化物相比,金属-有机框架热解策略制备的此类材料具有比表面积高、孔结构可调、金属硒化物均匀分散等优点,可有效缓解金属硒化物负极材料的缺陷与不足,从而优化其电化学性能。因此,本论文主要以金属-有机框架作为前驱体,通过对比不同合成策略,调节热解温度等参数,制备了两类金属硒化物@碳复合材料。采用多种手段对其形貌结构进行了测试与表征,研究了其作为锂离子电池负极材料时的电化学性能并分析了相关反应机理。主要研究内容如下:(1)金属-有机框架衍生的核-壳结构MoO2/ZnSe@N-C复合材料用作高性能的锂离子电池负极本章首先通过原位策略将ZIF-8生长于MoO3纳米棒表面,接着采用惰性气氛下的高温“碳化-硒化”方法制备了一维核-壳结构型多孔MoO2/ZnSe@N-C纳米棒复合材料。该复合材料由ZnSe负载MoO2的内核和氮掺杂碳的外壳构成,既可通过转换反应提高比容量,又能通过碳壳层增强材料的导电性,缓冲金属化合物充放电过程中的体积膨胀。得益于独特的结构与组成优势,MoO2/ZnSe@N-C应用于锂离子电池负极时显示了优异的循环稳定性和倍率性能。其在100 m A g-1电流密度下循环100圈后比容量为807 mAh g-1,库伦效率高达99%左右。当电流密度为500 m A g-1时,循环900圈后的比容量仍保持在400 mAh g-1。此外,不同扫描速率下的循环伏安曲线结果表明,MoO2/ZnSe@N-C电极的锂离子传输动力学过程主要由电容行为控制。(2)异相MoO2/Cu2-xSe嵌入多孔八面体碳网络用于高性能的锂离子电池负极在第一部分研究内容的基础上,本章直接将多酸修饰的铜金属-有机框架进行“碳化-硒化”处理,成功地制备了一系列核-壳结构碳包覆二氧化钼、硒化铜的介孔八面体复合材料(MoO2/Cu2-xSe@C),系统考察了热解温度对复合材料电池性能的影响。基于独特的介孔、核-壳结构及组分间的协同优势,所制备的复合电极材料展现了优异的储锂性能。其中,优化后的MoO2/Cu2-xSe@C-800复合材料在0.2 A g-1电流密度下循环100圈后获得了879.8 mAh g-1的高可逆比容量。该电极材料甚至在2.0 A g-1的大倍率下循环500圈后,可逆比容量仍然能保持480.9 mAh g-1,平均每周的容量衰减率仅为0.003%。此外,进一步借助多种非原位表征技术(如XRD,XPS,TEM)详细讨论了MoO2/Cu2-xSe@C-800复合材料的电化学反应机制和循环后的结构稳定性。
其他文献
半固态流变成形技术以其低成本、短流程等优点,广泛应用于铝合金产品加工中,进一步开发半固态流变成形技术的潜能,充分发挥其低能耗的优点,能够促进我国制造业向“绿色制造”转变。针对半固态流变成形用高质量非枝晶半固态浆料制备工艺及配套成形工艺衔接的问题,采用剪切/振动耦合凝固制浆技术,以一种高导热铝合金为实验材料,通过数值模拟的方法研究了熔体在倾斜板表面流动过程中熔体温度和固相分数的分布规律及浇注温度、倾
学位
学位
由于过渡金属氧化物具有高比容量,以及充足的储量而被认为是最具有发展潜力的锂离子电池负极材料。但其自身存在导电性较差以及体积效应严重的问题,而无法商业化使用。为了解决这些缺点,研究人员进行了大量研究,主要通过制备特殊形貌以及将其与高导电材料复合进行材料改性。本文主要通过电沉积的方式,在碳布表面制备了具有特殊形貌的金属氧化物并将其作为锂离子电池负极材料。这种负极材料不使用粘结剂、导电剂等添加剂,并能够
学位
推动再生铅产业的高质量发展,是铅资源实现生产-消费-再生良性循环的重要保障,缓解铅资源枯竭的同时,有效降低铅的生产成本和改善环境污染,对促进铅工业可持续发展具有重要的战略意义。本文概述了近年来铅酸蓄电池铅膏回收的最新研究进展,基于铅酸蓄电池的资源特点和再生产品的经济效益,详细总结了以金属铅、氧化铅、硫化铅及功能性铅基材料为目标的回收工艺技术,重点分析了不同铅产品回收方法的优缺点及需注意的关键环节。
期刊
学位
丙酮是最常见的有机挥发物(VOCs)之一,作为有机溶剂被广泛用于环境、化工、冶金等行业。一旦丙酮发生泄漏将会造成严重的后果,例如:人吸入过量丙酮会导致头晕、肢体麻痹的现象发生,严重时甚至会导致昏迷。此外,医学研究表明人呼出气体中的丙酮浓度与其是否患有糖尿病息息相关。因此,对丙酮气体的浓度进行监测与检测是非常有必要的。利用气敏传感器监测与检测丙酮气体是行之有效的办法之一,并且具有低成本、低能耗、高效
学位
在半导体的光催化应用领域,通过掺杂、复合、修饰等手段来提升材料的性能是非常有效的策略。本文以水热法制备ZnO纳米材料,通过La元素掺杂、ZnS复合、形貌改良等多种途径提高ZnO基复合光催化剂的光催化性能,并研究了ZnO/ZnS复合光催化剂的催化机制。论文主要分为以下几个部分:1.研究了 ZnO纳米棒的结构特性受La掺杂浓度的影响。ZnO纳米棒的直径随着La掺杂浓度的增加而增大,但当掺杂浓度达到2.
学位
学位
学位
蝶阀因体积小、结构简单、流通能力好等特点,被广泛应用于电力、石化、冶金、环保、煤炭等国民经济领域。随着蝶阀使用日益频繁,蝶阀也作为调节阀使用。而在调节过程中,蝶阀动水力矩会随着阀门启闭过程发生变化,影响蝶阀使用过程中的可靠性。在某些压差工况下,内部易形成空化现象,且伴随着振动与噪声,影响管路系统正常运行。因此,本文以蝶阀为研究对象,利用理论计算结合数值模拟的方法,对蝶阀稳态和动态开启过程的动水力矩
学位