【摘 要】
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目前,越来越严峻的环境污染问题促使人们将目光投向清洁能源及其有效转化和存储技术的研究。锂离子电池因其优异的性能而在移动设备和电动汽车等领域具有明显的优势地位。然而,锂元素的大规模低成本应用受到其储量并不丰富这一特点的限制。钠离子和锂离子的理化性质接近,且钠元素储量丰富,成本低,因此钠离子电池是人们关注的锂离子电池的补充选项之一。在目前应用的负极材料中,石墨最为常见,但是其存在生成SEI膜的问题,从
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目前,越来越严峻的环境污染问题促使人们将目光投向清洁能源及其有效转化和存储技术的研究。锂离子电池因其优异的性能而在移动设备和电动汽车等领域具有明显的优势地位。然而,锂元素的大规模低成本应用受到其储量并不丰富这一特点的限制。钠离子和锂离子的理化性质接近,且钠元素储量丰富,成本低,因此钠离子电池是人们关注的锂离子电池的补充选项之一。在目前应用的负极材料中,石墨最为常见,但是其存在生成SEI膜的问题,从而带来安全隐患。二氧化钛负极材料较高的充放电电位使得其具有良好的循环安全性。二氧化钛负极材料也可应用于钠离子电池系统。宏观研究往往难以深入解释材料在锂/钠离子输运过程中的机理,而透射电子显微镜技术则可以从微观角度诠释其机理。本文以原位透射电子显微镜电学实验平台为基础,探究了不同结构二氧化钛材料锂及钠离子的输运机理。1)研究了锐钛矿二氧化钛纳米线锂离子的输运机制。实验发现锐钛矿二氧化钛纳米线基本保持了原有的形态,体积膨胀较小,锐钛矿纳米线嵌锂过程经历了从四方相锐钛矿TiO2(I41/amd)到正交相Li0.5TiO2(Imma)再到四方相Li TiO2(I41/amd)的相变;2)研究了单斜晶系的TiO2(B)纳米线锂离子的输运机制,和锐钛矿二氧化钛纳米线嵌锂的过程中形貌变化类似,TiO2(B)纳米线形态基本保持原貌,体积膨胀也较小,通过选区电子衍射原位观察TiO2(B)纳米线的结构变化,发现其经历了TiO2(B)到Li0.5TiO2(B)再到Li0.9TiO2(B)的转变;3)研究了TiO2(B)纳米线嵌钠行为,与嵌锂实验相比,嵌钠时纳米线的体积变化更加明显,钠离子嵌入TiO2(B)时,会生成Na2TiO3和Na2O,另外,钠离子嵌入时还可能发生歧化反应,生成六方相金属钛单质。没有电化学反应活性的Na2TiO3的生成可能是TiO2(B)负极钠离子电池容量损失的原因之一。
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