【摘 要】
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随着能源消耗加剧、环境污染愈发严重,开发绿色可再生能源和高效的储能设备得到越来越多的关注。在各类储能设备中,钠离子电池凭借资源丰富、价格低廉等优势,被人们寄予厚望。因此,研制一种比容量高、循环稳定性好、倍率性能优异的钠离子电池负极材料,对其发展有重要的意义。目前,关于钠离子电池负极材料的报道中,碳材料因其诸多优点而成为最热门的负极材料之一。本课题以成本低廉,绿色环保的生物质洋葱表皮作为前驱体,制备
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随着能源消耗加剧、环境污染愈发严重,开发绿色可再生能源和高效的储能设备得到越来越多的关注。在各类储能设备中,钠离子电池凭借资源丰富、价格低廉等优势,被人们寄予厚望。因此,研制一种比容量高、循环稳定性好、倍率性能优异的钠离子电池负极材料,对其发展有重要的意义。目前,关于钠离子电池负极材料的报道中,碳材料因其诸多优点而成为最热门的负极材料之一。本课题以成本低廉,绿色环保的生物质洋葱表皮作为前驱体,制备了三种洋葱皮衍生碳材料,作为钠离子电池的负极材料取得了较好的效果。具体研究内容如下:以洋葱皮作为碳前驱体,通过材料的“自活化”反应,实现了三维多孔硬碳材料(PHCs)的一步法合成。研究了不同的碳化温度下(800-1200℃),洋葱皮衍生硬碳材料的微观结构以及储钠性能,研究表明,洋葱皮在1000℃的碳化条件下得到的硬碳材料的储钠性能最优,在电流密度为0.05 A·g-1和2 A·g-1的条件下,其比容量可达到290.1m Ah·g-1和97.1 m Ah·g-1;在电流密度为2 A·g-1的条件下循环1000圈,其容量保持率高达99%。因此,PHCs材料有效解决了传统硬碳材料倍率和循环性能不佳的问题。采用不同的电解液(碳酸酯类电解液和乙二醇二甲醚类电解液)进行对比发现,PHCs材料在醚类电解液中有着更高的可逆比容量(50 m A·g-1,313 m Ah·g-1),更优异的倍率性能(10 A·g-1,48.2 m Ah·g-1)。通过构建三维多孔的结构可以有效提升碳材料的电化学性能,利用洋葱表皮自身的结构特点,分别以两种食品膨松剂Na2HPO4和K2CO3作为活化剂,通过一步活化法,制得了两种三维层状多孔碳纳米片材料(HPCNs样品与HPCFs样品),两种材料均具有发达的孔结构和丰富的缺陷,将其应用于钠离子电池得到结果如下:在50 m A·g-1的条件下,HPCNs电极的可逆比容量可达293.5 m Ah·g-1,当电流密度增加到10 A·g-1,其比容量依然可达69.7 m Ah·g-1,而且经过1000次的循环后,保持率高达92%。以K2CO3做为活化剂,探究了碳化温度(650-850℃)对于碳材料的微观结构以及储钠性能的影响,研究发现,随碳化温度的升高HPCFs样品的储钠性能不断增强。所制备的碳材料具有较高的应用价值,为生物质资源在储能设备领域的利用提供了新方法和新思路。
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