【摘 要】
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传统化石能源等不可再生资源已逐渐无法满足日益剧增的全球能源需求,并且随着传统能源的消耗所带来的严重环境问题日益加重,新型可再生资源的发展得到了人们的重视,无论是电动汽车、机器人、无人机还是间歇性可再生资源的电网存储,可充电的电化学储能是一项满足未来的要求关键技术。在这其中,锂离子电池是一种较为成熟的技术,在日常生活中已经普遍应用。但考虑到随着大量使用,锂资源匮乏的问题将在不久的将来变得无法解决。由
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传统化石能源等不可再生资源已逐渐无法满足日益剧增的全球能源需求,并且随着传统能源的消耗所带来的严重环境问题日益加重,新型可再生资源的发展得到了人们的重视,无论是电动汽车、机器人、无人机还是间歇性可再生资源的电网存储,可充电的电化学储能是一项满足未来的要求关键技术。在这其中,锂离子电池是一种较为成熟的技术,在日常生活中已经普遍应用。但考虑到随着大量使用,锂资源匮乏的问题将在不久的将来变得无法解决。由于钠资源丰富且成本低廉,再加上具备良好的电化学性能和相似的工作原理,钠离子电池在大规模应用中存在着巨大的前景,值得一提的是,钠离子电池可以使用金属铝作为负极的集流体,而锂离子电池中,铜是负极的唯一选择,因为锂与铝在相对较低的电位下反应形成二元合金。铝在钠离子电池中作为集流体的适用性将进一步降低该技术在大规模应用中的成本,因为铝不仅便宜、重量轻,而且是最丰富的金属元素。寻找高性能表现的钠离子电池负极材料成为一项重要的任务。在各类负极材料中,过渡金属硒化物由于具备较高的理论容量和低廉的成本成为重点的关注对象。但因为在钠存储过程中巨大的体积膨胀和电导率低等缺点,在实际应用中循环寿命短、倍率性能低。基于以上问题,本论文通过对其微观结构的重新设计和引入高导电性碳的方式以提高其性能。具体研究如下:（1）通过水热合成和煅烧法设计出了一种新型的双层碳包覆中空纳米颗粒Fe Se2@NC@rGO。独特的中空结构可以在长期的循环过程中保持其颗粒不发生破碎团聚,同时增加材料与电解质的浸润面积,以减少离子穿梭的路径,增大扩散速率,氮掺杂的碳壳可以为钠离子穿梭过程提供更多的活性位点,并保护其结构的稳固。双层碳的修饰使得Fe Se2@NC@rGO复合材料在0.1 A g-1的电流密度下循环100圈后仍具有639.1 m Ah g-1的容量,在10 A g-1的大电流密度下循环超过880圈仍有320.7 m Ah g-1容量,双层碳修饰的Fe Se2@NC@rGO具有更高的钠扩散系数以及更高的赝电容贡献率,在不同的温度下仍保持了优异的性能,并在全电池的应用中提供了高容量和出色的稳定性,在135次循环后保持了252.6 m Ah g-1的容量。Fe Se2@NC@rGO优异的电化学性能表明在未来它有广阔的应用前景。（2）通过简便的一步水热法将Sb2Se3原位封装在氧化还原石墨烯（rGO）内部,水热合成Sb2Se3的同时完成rGO的还原反应。利用rGO高导电性和高延展性对Sb2Se3进行改善,可以有效缓解在循环过程中体积膨胀带来的电极损坏问题,保持了Sb2Se3的结构稳定性。优化了不同氧化石墨烯的含量来合成纯相Sb2Se3。Sb2Se3@rGO在钠存储性能测试中,在0.1A g-1的电流密度下,在循环100圈后依旧保持685.6 m Ah g-1的比容量,在倍率性能的测试中,在0.1-5 A g-1的电流密度下,保持了650.3,601.4,600.8,596.9,579.7,561.9,514.0 m Ah g-1的比容量。高赝电容贡献率是其产生优异性能的重要原因。
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