基于NMMO/AC不对称电容体系的连续卤水提锂研究

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锂是十分重要的金属元素,金属锂及其化合物在锂离子电池和能源等领域应用广泛。卤水提锂是世界锂盐行业主要获取锂资源的方式,已探明的卤水锂资源在全世界范围内分布广泛。近年来随着国际市场对锂产品需求的快速增长,如何高效提锂成为了一个研究热点。电化学法提锂是一种新兴的卤水提锂技术,即利用锂离子电池原理进行电场辅助下的电极提锂。与沉淀法、吸附法等传统的提锂方法相比,电化学法有高提锂效率、高选择性和低环境污染等优势。本文成功制备了具备优良的晶格结构和亚微米级形貌的LiNi0.03Mo0.01Mn1.96O4(LNMMO),通过XRD、SEM、EDS等表征证明材料为八面体尖晶石结构,确定了材料的元素组成与Ni、Mo元素的分布状况。利用三电极体系在有机体系下进行电化学性能测试,结果表明材料的比容量、循环稳定性及倍率性能优异。利用丝网印刷碳电极技术制备得到NMMO/SPCE电极,在水性电解液体系下进行嵌脱锂行为的研究与分析。结果表明,NMMO/SPCE在LiCl中的Li+扩散系数高于λ-MnO2/SPCE电极,且电极在LiCl溶液中的Li+扩散系数高于卤水中,体系为准可逆体系。电极在同浓度Na+、Mg2+、K+和Ca2+中几乎没有氧化还原峰的出现,表明电极对Li+有高选择性。在0.5、1、5、10、1C倍率下,NMMO/SPCE在比容量与循环稳定性方面均优于λ-MnO2/SPCE电极。30次循环后的电荷传递阻抗变化很小,表明体系的稳定性良好。XRD结果表明LNMMO在循环前后的峰位、半峰宽、晶层厚度相比LMO变化较小,表明其晶格结构在循环过程中更加稳定。本文构造了一种连续流控装置进行连续提锂测试。NMMO正极搭配活性炭负极装配成NMMO-AC混合不对称锂离子超级电容体系,负极材料AC相比金属Pt,Ag有环境友好,价格低廉等优势。以30mM混合阳离子溶液(Li+、Mg2+、Na+、K+、Ca2+)为富锂溶液进行连续提锂测试,首次循环提锂效率可达15.5mg/g(LNMMO),能源利用率为7.03Wh/mol Li+,恢复液中Li+的纯度为97.9%。以模拟卤水溶液为富锂溶液进行连续提锂测试,提锂效率可达14.4mg/g(LNMMO),能源利用率为7.91 Wh/mol Li+,恢复液中Li+的纯度为97.2%,5次循环提锂后提锂效率保留率为98.12%。
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