MnCo2O4、生物碳及其复合材料的储钠性能研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YANCONG1103
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随着人类工业化进程的发展,对于能源的需求也越来越大。传统化石能源的大量开采,造成的环境污染和能源短缺危机已经威胁到人类的健康和生存。发展二次电池是解决这些问题一种有效的方法。钠离子电池因其资源丰富,价格低廉,引起人们越来越多的关注。但是,钠离子的半径要远大于锂离子的半径,同时低功率密度和较差的循环性能使得开发高性能负极材料成为钠离子电池研究的重点。过渡金属氧化物可通过转化反应嵌入Na+,在过渡金属氧化物中,氧化钴对钠离子电池具有更大的可逆容量和更好的容量保持率。因此,钴基金属氧化物将成为钠离子电池有潜力的阳极材料。此外,碳材料因具有化学稳定性好、成本低廉、原料来源广泛、容量相对较高等特点,也适合作为钠离子电池的负极材料,这方面的工作已经得到了较广泛的研究。本论文中,我们主要针对锰钴基氧化物和碳材料两类物质进行研究,系统的考察材料的微观结构与电化学性能之间的关系。具体研究内容如下:(1)以简单的一步水热法制备得到蛋黄-蛋壳结构的MnCo2O4纳米材料,其表面生长有MnCo2O4纳米薄片,而内部为空心结构。蛋黄-蛋壳结构结合纳米薄片结构可以缓解充放电过程中材料较大的体积变化,同时增加了材料的脱-嵌钠活性位点。电化学测试表明,蛋黄-蛋壳结构的MnCo2O4材料在100 mA g-1的电流密度下循环100圈后可以保持~130.3 mAh g-1的可逆比容量,同时具有良好的倍率性能。(2)以多巴胺为碳源,通过硬模板法合成中空碳球,并在其表面原位生长、包覆MnCo2O4纳米片,制备出MnCo2O4/中空碳球复合材料。电化学测试表明,该复合材料在100 mA g-1的电流密度下,循环100圈后可以保持~134.6 mAh g-1的可逆比容量,其性能高于碳基体和纯MnCo2O4纳米片,显示出两者的协同效应。(3)通过多巴胺在碱性条件下可以在材料表面自发沉积的特性,在MnCo2O4表面沉积一层厚度约为8 nm的导电涂层。电化学测试表明,碳/MnCo2O4复合材料在电流密度为100 mA g-1的条件下,循环100圈后可以保持~146.9 mAh g-1的可逆比容量。(4)以木质素作为原料,制备得到自组装碳纳米球、实心碳纳米球和碳薄片三种碳材料。电化学测试表明,自组装碳纳米球、实心碳纳米球和碳薄片在100 mA g-1的电流密度下循环100圈后,上述材料的可逆比容量分别为138.1 mAh g-1、83.1 mAh g-1和130.9mAh g-1。
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