锌离子电池阴极材料聚苯胺的合成及改性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:J082214
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
水性可充电锌离子电池(ZIBs)具有安全,环保,理论容量高等优点,已成为锂离子电池最有希望的替代方案之一。在ZIBs各种阴极材料中,具有优异的可调节形态和大量活性位点的聚苯胺(PANI)材料是锌离子电池研究领域的重要方向,实验探究了不同合成环境中PANI材料的电化学性能,优化了锌聚苯胺电池的电解液性能并研究了金属化合物作为PANI改性材料的相关性能。首先,为了改善纯PANI材料易于团聚的特点,使用乙炔黑(ACET)作为聚合基底和微观集流体。采用化学氧化法在HCl和H2SO4两种酸式环境中合成了掺杂态的PANI/ACET复合材料,并使用氨水对其进行脱掺杂,得到本征态的PANI/ACET复合材料。通过SEM、XRD、FT-IR等手段对材料进行了物理表征。将材料制备成软包电池使用电化学工作站和恒流充放电仪器进行电化学表征。结果表明,两种酸式环境中都可以成功合成PANI材料。相比之下,HCl环境中合成的掺杂态PANI材料孔隙率更高,材料形貌更加均匀,并且使用HCl掺杂材料的PANI/ACET锌电池循环寿命达到80圈以上,比容量达到了80 m Ah/g,优于H2SO4掺杂材料制备电池的40圈循环寿命和60 m Ah/g的比容量。其次,为了进一步提升锌聚苯胺电池的循环稳定性。向电解液中添加化学性质稳定、电压耐受范围大的明胶作为电池系统的枝晶抑制剂,添加Ac/Na Ac作为电解液的p H缓冲溶液。实验确定了明胶添加量为3.5 g/L和Ac/Na Ac缓冲溶液添加量为3 mol/L时可以达到最佳的性能提升效果,使用改进过的电解液装配的电池其容量可达到90 m Ah/g,循环寿命超过700次,平均库伦效率超过了98%。最后,为了进一步提升阴极材料PANI的性能,采用过渡金属化合物纳米Ti C和金属有机框架MOF(UIO-66)对材料进行改性,通过SEM、XRD、FT-IR对合成的材料进行物理表征,PANI/Ti C复合材料呈现出以大粒径Ti C为被包覆物,小粒径Ti C镶嵌于表面的核壳结构,PANI材料分布均匀且其表面呈现出高孔隙率的特点。对PANI/Ti C材料组装的锌聚苯胺电池进行恒流充放电测试,电池体系呈现出耐高倍率充放电能力,在1 C放电制度下依然能保持80 m Ah/g的比容量。采用Ti C添加量为10%的PANI/Ti C复合材料组装的电池在0.1 C的放电制度下,电池前十圈平均比容量达到了85 m Ah/g,循环寿命达到750次。PANI/MOF材料同样展现了高达100 m Ah/g的优秀容量性能,引入交联剂制备的CL-PANI/MOF材料具备特殊的三维网状结构,展现出巨大的市场应用潜力。
其他文献
新能源电动车和储能产业的蓬勃发展带动了锂离子电池需求暴涨。在锂离子电池市场中尤其是车用锂离子电池,三元的镍钴锰系电池兼具成本和能量密度的优势占据了大量的市场份额。退役的车用三元电池也可探索用于规模储能。提高三元电池中镍含量的比例能实现更高的能量密度,然而镍含量占比的升高造成正极材料的合成难度上升,高温下更容易发生阳离子混排,降低了锂层中活性锂的含量。此外镍含量增加,高稳定性锰含量的减少也使电池的循
锂硫(Li-S)电池因为具有非常高的理论比容量(1675 m Ah g-1)和理论能量密度(2600 Wh kg-1)成为了最有发展潜力的下一代储能设备之一。但基于电池的工作原理,Li-S电池面临着自身的诸多问题,其中多硫化物的穿梭效应严重的阻碍了Li-S电池的商业化进程。因此,解决多硫化物的穿梭效应是Li-S电池的研究中的重中之重。基于此,本论文分别从尺寸筛分和催化两方面对抑制多硫化物穿梭效应。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一种利用产电的微生物催化分解阳极中的有机物将化学能转换成电能的一种绿色环保无污染的装置,为当前面临的环境危机和能源危机提供了一种解决的思路。然而目前微生物燃料电池的应用还受到很多方面的限制,比如产电效率低,成本高等诸多因素。其中阳极材料的性能是影响微生物燃料电池性能的关键因素。过渡金属氮化物具有贵金属的导电性以及优异的电催化活性
便携式、小型化、可穿戴电子产品的广泛普及,有力地刺激了柔性、微型超级电容器的快速发展。这类超级电容器以其周期寿命长、能量密度大以及安全性高等优点在人们的日常生活中发挥着重要作用。近年来,MXene因其优异的导电性、丰富的表面化学性质和较高的理论比电容被证明是一种很有前途的用于制备柔性超级电容器的电极材料。本文以Ti3C2Tx(MXene)为主要研究对象,旨在构筑具有高储能性能的MXene基超级电容
为促进可再生能源的利用,分布式发电技术近些年来发展十分迅速。通过微电网对分布式电源进行统一管理可以克服分布式电源对电网的冲击,提高供电可靠性。然而,在孤岛微电网中,受线路阻抗的影响,采用下垂控制的逆变器之间存在环流,无功功率分配不精确。而且微电网在带不平衡负载和非线性负载时,传统下垂控制没有考虑不平衡功率和谐波功率的均分问题。此外,传统微电网二次控制采用周期采样的通信方式,这会造成了通信“资源”的
随着风电、光伏板、燃料电池等可再生能源集成电网的需求日益增长,微电网被认为是一种极具应用前景的解决方案,受到广泛的欢迎。微电网通常由常规发电机、可再生能源、储能系统和负载组成。根据耦合总线的类型,可以将微电网分为交流微电网、直流微电网和交-直流混合微电网。近年来,直流微电网以其高效、可靠、可扩展性得到了越来越多的关注。确保精确的电流分配和电压恢复是直流微电网的主要控制目标。为了实现这两个控制目标,
室温钠硫电池体系由于具有比容量高、安全性好、成本低、环境友好等特点,成为目前钠电池领域内研究的热点。但室温钠硫电池中硫正极存在硫与多硫化物的导电性差、充放电过程中体积变化所带来的粉化,以及可能存在的“穿梭效应”等一系列问题,严重阻碍了室温钠硫电池的实际应用。为了解决上述问题,本课题将研究集中在硫正极上,基于钴修饰ZIF前驱体构建钴修饰氮掺杂碳基体材料并与硫复合,针对性地解决室温钠硫电池正极导电性差
近年来,太阳能的高效应用问题已经在全世界范围内引起了广泛的关注。2020年国家提出“3060双碳”计划,太阳能在建筑中的应用将迎来新的机遇和挑战。光伏发电作为一种零碳且可持续发展技术必将助力双碳目标的实现。目前,光伏发电领域面临着一个重要挑战,即光伏组件发电时产生的高温会导致发电效率降低。为了解决此问题,研究者们提出了光伏光热一体化技术,也叫PV/T技术,即在光伏板背面设置流体流道用来冷却光伏板,
在光伏和燃料电池等新能源系统中,Boost变换器具有重要的应用价值。但传统的Boost升压变换器中,施加在MOSFET两端的驱动信号使得开关和二极管在输入电感和输出电容之间交替导通。因此其输出端等效存在一个LC滤波器,导致Boost变换器控制到输出的传递函数中存在一个右半平面零点,这会降低变换器的动态响应速度。此外,升压转换器的输入电流纹波与输入电感值成反比,这意味着想要实现较低的输入电流波纹必须
近年来锂离子电池作为一种新型能源受到了人们的广泛关注。以锂离子电池作为供电设备的电驱无人机由于绿色环保等优点广泛应用于生产生活中。相比于油动无人机和油电混合无人机而言,电驱无人机能耗比较高,飞行时间相对较短,容易在飞行途中电量不足,从而导致无人机无法顺利完成任务,这限制了无人机任务能力,阻碍了电驱无人机的推广及使用。因此,对其能源系统状态进行估计和任务管理十分必要。现有的无人机虽具备电量不足提醒功