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作者：何天奇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

可充电水系锌离子电池（ZIBs）因其高理论容量(820 m Ah·g和5855 m Ah·cm)、低氧化还原电位（0.76 V ***）、高稳定性、低成本和高丰度等特点被广泛应用于大规模储能。但具有良好储锌性能的正极材料有限,寻找合适的正极材料来制备具... 详细信息

可充电水系锌离子电池（ZIBs）因其高理论容量(820 m Ah·g和5855 m Ah·cm)、低氧化还原电位（0.76 V ***）、高稳定性、低成本和高丰度等特点被广泛应用于大规模储能。但具有良好储锌性能的正极材料有限,寻找合适的正极材料来制备具有高能量密度、高倍率性能和长循环寿命的电池系统势在必行。因此,本论文结合钒氧化物和金属有机框架（MOFs）在电化学领域中的结构优势,设计具有多孔、复合以及微纳结构的新型高性能钒基水系锌离子正极材料,并对其储锌机理进行分析探究。在此基础上制备了可光辅助充电的水系锌离子光电池,该光电池可以同时收集并储存能量,实现了水系锌离子电池性能的进一步提升。本文主要的研究内容和结果如下:（1）采用金属有机框架MIL-47（V）作为前驱体,在空气条件下高温退火制备出具有氧空位的VO@C核壳微立方体(VO@CCSMs)正极材料,同时实现VO纳米化和碳复合。纳米化的VO有效缩短了Zn扩散距离,氧空位可提高材料的电导率,同时碳复合保障了材料的结构稳定性,因此,以VO@CCSMs作为正极材料的水系锌离子电池在1496.1 W·kg的功率密度下具有293.4 Wh·kg的高能量密度。此外,非原位XRD显示VO在3M Zn（CFSO）中的充放电机制为收缩核过程的转换反应机制。（2）以单宁酸（TA）作为保护性刻蚀剂制备了由MIL-47（V）衍生的嵌有钒氧化物纳米颗粒的多孔千层碳复合微立方体（VO@PMCs）正极材料。该材料具备的纳米结构和碳复合结构不仅可以增加Zn储存位点、缩短Zn离子扩散路径,还可有效缓冲循环过程中的体积变化,加强正极材料结构的稳定性。因此,VO@PMCs//Zn水系锌离子电池表现出优异的循环稳定性(10 A·g时经过1000次循仍具有96%的高容量保持率)和出色的倍率性能(从10 A·g增大到20 A·g时,放电比容量几乎不衰减,容量保持稳定)。（3）以VO@PMCs材料作为光正极组装锌离子光电池（VO@PMCs//photo-ZIB）,并以氙灯作为光源进行辅助充电。实验结果显示,光辅助充电可以在很大程度上提高光电池的可逆比容量,在电流密度为0.2 A·g时,光照条件下的放电比容量高达468.7m Ah·g,为非光照条件下容量的1.7倍。光辅助充电为设计高性能的水系锌离子电池提供了新的方向。

关键词：光辅助充电水系锌离子电池金属有机框架钒氧化物碳复合

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新型光辅助充电锂离子电池用电极材料

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电源技术 2011年第11期35卷 1441-1443页

作者：谢潇怡吴锋吴伯荣北京理工大学化工与环境学院国家高技术绿色材料发展中心北京100081

在太阳电池和锂离子电池已经商业化的今天,各自都还有发展空间。鉴于两大电池体系有各自不可替代的优势及无法解决的弱点,可光辅助充电的锂离子电池将它们有机结合起来形成了新型电池。纵观各项相关文献,目前为止,相关电极材料鲜有显著... 详细信息

在太阳电池和锂离子电池已经商业化的今天,各自都还有发展空间。鉴于两大电池体系有各自不可替代的优势及无法解决的弱点,可光辅助充电的锂离子电池将它们有机结合起来形成了新型电池。纵观各项相关文献,目前为止,相关电极材料鲜有显著的研究进展。科学家们使用了很多材料进行探索,但是实验结果表明,材料间的能级匹配、光生载流子的高氧化还原电位、材料的表面粗糙度和粒子的粒径大小等等都是需要考虑的重要因素。最终要找到一个既具有高光电转换效率又具有高储存容量的材料还有艰难而漫长的道路。

关键词：光辅助充电锂离子电池电极材料

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一种染料敏化光辅助充电锂离子二次电池

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电源技术 2014年第6期38卷 1016-1017,1080页

作者：谢潇怡吴锋吴伯荣张存中北京理工大学化工与环境学院国家高技术绿色材料发展中心北京100081

锂离子二次电池通过电能转化为化学能的方式充电,存在自放电,令电池久置失效;染料敏化太阳电池通过光能转化为电能,即产即用,无法储存。目前已有文献报道的光可充电电池电极的相关材料储存的能量有限,且存在较大自放电现象,导致其储存... 详细信息

锂离子二次电池通过电能转化为化学能的方式充电,存在自放电,令电池久置失效;染料敏化太阳电池通过光能转化为电能,即产即用,无法储存。目前已有文献报道的光可充电电池电极的相关材料储存的能量有限,且存在较大自放电现象,导致其储存的化学能无法稳定存在。提供一种低成本、安全可控、便携易操作的光辅助充电锂离子二次电池,该电池能稳定储存光能和电能,几乎不存在自放电现象,在光照下,可降低充电电压0.74 V,节约充电电能29.1%。

关键词：光辅助充电锂离子二次电池自放电

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钒酸铋基空气阴极的设计及光辅助中性锌空气电池性能研究

钒酸铋基空气阴极的设计及光辅助中性锌空气电池性能研究

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作者：牛志敏燕山大学

学位级别：硕士

与传统的碱性锌空气电池相比,可充电中性水系锌空气电池是一种很有前途的储能装置,具有更长的使用寿命和更低的腐蚀性。然而,由于中性电解质的低导电性,锌空气电池的OER过程十分缓慢,这就造成电池有着巨大的充电过电位。因此,探索一种... 详细信息

与传统的碱性锌空气电池相比,可充电中性水系锌空气电池是一种很有前途的储能装置,具有更长的使用寿命和更低的腐蚀性。然而,由于中性电解质的低导电性,锌空气电池的OER过程十分缓慢,这就造成电池有着巨大的充电过电位。因此,探索一种新的策略来提高中性锌空气电池的电化学性能是非常必要的。本论文中,我们设计了一种光辅助充电的中性锌空气电池,以BiVO基光催化剂来代替传统的电催化剂用于空气电极,在光照条件下实现了极低的充电电位。而且,BiVO基电极展示出更高的光催化活性,促进了电池的OER动力学,能量效率得到了进一步的提升。主要内容归纳如下:(1)采用贵金属Pt作为助催化剂负载的BiVO(Pt-BiVO)作为中性锌空气电池的空气阴极,实现在低充电电压下的光辅助储能过程。在光照条件下的充电过程中,Pt-BiVO光电极所产生的光生载流子对降低充电过电位起着关键作用。通过引入贵金属Pt,局域表面等离子共振效应以及高的功函数可以吸引光催化剂的光生电子,从而提升载流子的分离效率,显示出更高的OER动力学。以Pt-BiVO为正极组装成的中性锌空气电池在0.1 m A cm电流密度时,展现出了约0.95 V的超低充电电压,表明光辅助充电中性锌空气电池的策略具有潜在的良好应用前景。(2)利用非贵金属Fe OOH纳米片负载在BiVO电极表面(Fe-BiVO)作为中性锌空气电池的空气阴极,实现超高效率的光辅助储能过程。Fe OOH可以有效地从BiVO主体中通过Bi-O-Fe键提取光生空穴并储存在Fe OOH中以抑制电子-空穴复合。在光照条件下,Fe-BiVO可以产出更多的光生空穴直接参与水的氧化反应,进一步降低了电池的充电过电位。光照下,当以Fe-BiVO为正极组装成中性锌空气电池时,展示出了约0.85 V的超低充电电压,往返效率达到了94%,这为高性能中性锌空气电池的设计提供了一种思路。

关键词：中性锌空气电池光辅助充电 BiVO4 助催化剂分离效率

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TiO2复合正极材料在水系锌离子电池中的性能研究

TiO2复合正极材料在水系锌离子电池中的性能研究

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作者：徐丽荣天津理工大学

学位级别：硕士

水系锌离子电池由于具有安全、廉价、环境友好、资源丰富等优点在大规模储能方面得到了广泛关注。然而,锌离子电池的正极材料面临着如锰基化合物结构不稳定,钒基化合物工作电压低(0.8 V),普鲁士蓝类似物比容量低(<100m Ah g)等问题,进... 详细信息

水系锌离子电池由于具有安全、廉价、环境友好、资源丰富等优点在大规模储能方面得到了广泛关注。然而,锌离子电池的正极材料面临着如锰基化合物结构不稳定,钒基化合物工作电压低(0.8 V),普鲁士蓝类似物比容量低(光辅助充电电池的初步探索。具体研究内容如下:(1)采用溶剂热法,通过调控Mn浓度与退火温度,制备了粒径小、比表面积大、氧空位缺陷浓度高的纳米TiO;通过与CNTs复合来提高TiO的导电性。将其用作水系锌离子电池的正极,在0.5 A g的电流密度下表现出146.7m Ah g的比容量,是纯TiO正极比容量的2倍,并稳定循环200圈。机理分析表明,TiO-CNTs-Mn材料大的比表面积有助于电极与电解液的充分接触,提高了Zn的扩散能力;而电解液中Mn以及TiO的氧空位缺陷促进了Zn和H的嵌入脱出过程。(2)研究了退火温度及添加锰的量对于TiO-CNTs-Mn材料结构及电化学性能的影响。随着退火温度升高,形貌由片状变为颗粒,晶型由B型转变为锐钛矿型。在400°C退火温度下,0.5 A g的电流密度下比容量高于170 m Ah g。另外,随着添加锰量的增加,粒径减小,当比例为n2+:n=3:4时,粒径为7.1 nm;在0.5 A g的电流密度下,初始比容量能够达到255.9 m Ah g,可稳定循环250圈以上。(3)将TiO与BiMoO进行复合,比例为1:1时,TiO-BMO正极材料在0.3 A g电流密度下,比容量高达200.5 m Ah g,并循环250圈以上。将TiO-BMO与聚吡咯和还原氧化石墨烯复合作为光电极材料用于水系锌离子电池的正极。在光照条件下,电流密度为0.3 A g时该电池的比容量达到368 m Ah g,是黑暗条件下比容量的2倍,且过电势减小。以上结果为光辅助充电电池的发展提供了思路。

关键词：水系锌离子电池二氧化钛正极材料氧空位光辅助充电

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