论文部分内容阅读
我国拥有丰富的钒资源,是钒产品生产和使用大国。我国的钒产品目前主要集中在钒铁、钒氮合金、V205等初级工业产品,钒资源的高附加值利用程度不高,严重制约了钒产业的可持续发展,因此,开发高附加值的钒产品,对于提升我国钒产业的国际竞争力及可持续发展能力具有重要意义。钒氧化物及钒青铜电极材料由于成本低廉、环境相对友好、比容量高等特点,成为近几年来储能领域的研究热点。但是目前研究较多的钒基储能材料V205及LiV308存在循环稳定性及倍率性能较低的问题,限制了其进一步商业化应用。本研究立足于(Na3VO4、NH4VO3、 Ca10V6O25)等初级钒化工产品,采用化学沉淀法,制备得到具有高性能、高稳定性的V205多孔纳米薄片、NaV6O15·0.34H2O、钙钒青铜及二元掺杂钒青铜电极材料,重点研究了不同钒青铜的电化学性能及晶体结构中结合水对材料结构及电化学性能的影响。论文取得的主要创新性进展如下：(1)采用化学沉淀法制备得到的NH4V3O8·0.29H2O纳米薄片作为前驱物,经过400℃热处理得到厚度约为70-100nm的V205多孔纳米薄片。电化学性能测试结果显示制备得到的V2O5多孔纳米薄片具有良好的储锂性能,在50mA·g-1下,初始放电比容量达到293mAh·g-1。在100及200mA g-1下,具有优异的循环稳定性。通过EIS测试发现该材料的电荷传递阻抗较大说明该材料的电子传导率低,待进一步提高；(2)为了进一步优化V205电极材料的比容量及电子传导率,本研究采用化学沉淀法制备得到钠钒青铜、锂钒青铜及钾钒青铜,重点考察了不同碱金属离子掺杂对钒氧化物的结构、形貌及电化学性能的影响。通过比较发现：钠钒青铜在400℃下焙烧2h后得到的NaV6O15·0.34H2O的电化学性能最佳,在0.1C下,初始放电比容量达到473.6mAh·g-1。在100.200及500mA·g-1下,初始放电比容量分别为300、218160mAh·g-1。具有良好的倍率性能。适当的热处理可以提高钒青铜整体的电化学性能；(3)采用钙法沉钒-酸化水解工艺制备得到的具有纳米结构的钙钒青铜。经过400℃热处理后,材料由纳米片状构成的多孔微球结构向纳米颗粒多孔微球转变,具有更高的比表面积。目标材料具有很好的循环稳定性。初始放电比容量达到292mAh·g-1,第2次充放电至100次充放电,容量几乎无衰减。说明该材料可以作为一种新型的具有高循环稳定性的锂电正极材料；(4)在前期工作的基础上,对钠钒青铜材料进行二元掺杂,重点考察了二元掺杂离子(Li+、Ca2+)对其结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明,适量掺杂Ca2+可以显著提高钠钒青铜的循环稳定性；(5)由于钒青铜具有良好的循环稳定性及大电流充放电性能,因此,本研究进一步探索了钒青铜作为水系超级电容器正极材料的性能。研究结果显示,Ca0.59Na0.83V6O16具有良好的超电容性能,在lA·g1-下,放电比容量达到168F·g-1,循环100次后比容量保持为初始电容的80%。