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有机羰基化合物电极材料的储钾性能

有机羰基化合物电极材料的储钾性能

作者：李本芳天津大学

学位级别：硕士

由于钾储量丰富、价格低廉和氧化还原电位较低等原因,钾离子电池被认为是未来发展高性能电化学能量存储系统的重要选择。其中,有机电极材料因具有绿色环保、廉价易得、结构多样、分子水平上可设计和理论比容量高等优点逐渐被更多的研究... 详细信息

由于钾储量丰富、价格低廉和氧化还原电位较低等原因,钾离子电池被认为是未来发展高性能电化学能量存储系统的重要选择。其中,有机电极材料因具有绿色环保、廉价易得、结构多样、分子水平上可设计和理论比容量高等优点逐渐被更多的研究者关注。但该材料存在导电性差和在电解液中易溶解等问题,导致倍率性能和循环性能较差,限制其未来发展。本论文围绕有机羰基化合物电极材料,研究内容主要包括以下两个方面:(1)通过简单的酸碱中和反应制备了2,6-萘二羧酸二钾盐,研究了该材料的电化学性能,同时通过非原位X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等测试分析了其储钾机理。研究结果表明,2,6-萘二羧酸二钾盐表现出优异的循环性能和倍率性能。在20 m A g的电流密度下,充电比容量为176.8 m Ah g,循环600次后仍表现出143.2 m Ah g的可逆比容量,容量保持率高达81.0%,平均每次衰减0.03%。作为钾离子电池负极材料,表现出良好的应用前景。(2)系统研究了醚、酯两种电解液对蒽醌-1,5-二磺酸二钠盐正极储钾性能的影响。结果发现其在醚类电解液中的性能远优于在酯类电解液中的性能。在醚类电解液中,3 C(1 C=130 m Ah g)的电流密度下循环1000次后仍有80%的容量保持率,表现出优异的循环稳定性。通过对反应后的电极研究发现,两种电解液中形成的固体-电解液界面膜的厚度、成分、机械性能等均不相同,在醚类电解液中形成的固体-电解液界面膜的无机成分多于在酯类电解液中形成的固体-电解液界面膜,这也是蒽醌-1,5-二磺酸二钠盐在醚类电解液循环性能更加稳定的原因所在。理论计算研究发现,醚类电解液中盐的最低未占有分子轨道能级低于溶剂的最低未占有分子轨道能级,因此放电时盐先于溶剂分解;而酯类电解液中盐与溶剂的最低未占有分子轨道能级相近,盐与溶剂几乎同时分解,最终导致形成不同的固体-电解液界面膜。该结果对发展高性能钾离子电池有机电极材料有重要指导意义。

关键词：钾离子电池有机电极材料电解液固体-电解液界面电化学储能

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对苯二甲酸镁作为钠离子电池的有机负极材料

物理化学学报 2014年第10期30卷 1787-1793页

作者：黄宗令王丽平牟成旭李晶泽电子科技大学微电子与固体电子学院、电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

报道了对苯二甲酸镁作为钠离子电池负极材料的研究.以对苯二甲酸和氢氧化镁为原料,采用酸碱中和反应制备了含结晶水的对苯二甲酸镁(MgC8H4O4·2H2O),该材料对钠离子电池表现出了较好的电化学活性、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性.... 详细信息

报道了对苯二甲酸镁作为钠离子电池负极材料的研究.以对苯二甲酸和氢氧化镁为原料,采用酸碱中和反应制备了含结晶水的对苯二甲酸镁(MgC8H4O4·2H2O),该材料对钠离子电池表现出了较好的电化学活性、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性.在0.5C(1C=300 mA·g-1)倍率下循环50周以后,可逆容量由114mAh·g-1降至95 mAh·g-1,容量保持率高达83%;在2C的倍率下有高达90 mAh·g-1的可逆比容量.另外,在氮气气氛中,400℃进行后续热处理得到了不含结晶水的对苯二甲酸镁(MgC8H4O4),探讨了结晶水对其电化学性能的影响.结果表明,MgC8H4O4·2H2O的比容量、倍率性能以及循环稳定性都明显优于不含结晶水的对苯二甲酸镁.

关键词：对苯二甲酸镁有机电极材料钠离子电池结晶水中和反应

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可充锂电池醌类化合物电极材料

物理化学学报 2016年第7期32卷 1593-1603页

作者：古丽巴哈尔?达吾提卢勇赵庆梁静陶占良陈军南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室喀什大学化学与环境科学学院新疆特色药食用植物资源化学重点实验室

醌类化合物电极材料具有理论比容量高、结构可设计、成本低廉和绿色可持续等优点,被认为是可充锂电池理想的电极材料。本文介绍了醌类化合物电极材料的分类及其结构特点、电化学工作原理及其电化学性能,对醌类化合物的发展、面临的问题... 详细信息

醌类化合物电极材料具有理论比容量高、结构可设计、成本低廉和绿色可持续等优点,被认为是可充锂电池理想的电极材料。本文介绍了醌类化合物电极材料的分类及其结构特点、电化学工作原理及其电化学性能,对醌类化合物的发展、面临的问题等方面进行了概括,探讨了提高该类电极材料电化学性能的方法,并对醌类化合物电极材料的发展方向进行了展望。

关键词：可充锂电池有机电极材料醌类化合物理论比容量电化学性能

含醌式结构的聚三苯胺衍生物锂电池正极材料制备及其电化学性能

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化学工程师 2022年第10期36卷 6-11页

作者：苏畅马金鹏初艳芳费强沈阳化工大学化学工程学院辽宁沈阳110142

有机聚合物材料因其特有的结构可设计性和优秀的氧化还原性能成为潜在的锂离子电池电极材料。本文合成了一种含有醌式结构的三苯胺衍生物功能单体(BDPAA),并通过氧化聚合法制备了聚[2,6-双(二苯基氨基)-9,10-蒽醌]聚合物(PBDPAA)。作为... 详细信息

有机聚合物材料因其特有的结构可设计性和优秀的氧化还原性能成为潜在的锂离子电池电极材料。本文合成了一种含有醌式结构的三苯胺衍生物功能单体(BDPAA),并通过氧化聚合法制备了聚[2,6-双(二苯基氨基)-9,10-蒽醌]聚合物(PBDPAA)。作为锂电池正极材料,新型电极材料展现出提高的比容量和倍率性能(与聚三苯胺电极材料比较)。该电极材料首次放电比容量为184.6mAh·g^(-1);充放电循环稳定性能研究表明,电极材料比容量在初始几圈迅速衰减,5圈之后基本稳定,50圈循环后比容量保持在93mAh·g^(-1);倍率性能研究表明,在20、50、100、200和500mA·g^(-1)电流倍率下,电极材料的放电比容量分别为119.3、104.9、92.1、90.3和79.7mAh·g^(-1)。电化学阻抗测试得到PBDPAA材料具有比PTPA材料的电荷迁移阻抗,这有利于材料的电化学性能提高。

关键词：电化学锂离子电池有机电极材料三苯胺蒽醌

具有快速动力学特征的苯醌衍生物电极材料在水系质子电池中的设计和研究

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广州化学 2023年第3期48卷 36-39,48页

作者：王飞翔侯剑彭成信上海理工大学材料与化学学院上海200093

含氧化还原活性基团的苯醌衍生物,在水系质子电池里是一种比容量高、资源丰富的理想电极材料,然而其高溶解性和低的工作电压不利于质子电池的循环稳定性和能量密度的提升,引入吸电子基团不仅可以降低其LUMO能量来提升其反应电位,还可以... 详细信息

含氧化还原活性基团的苯醌衍生物,在水系质子电池里是一种比容量高、资源丰富的理想电极材料,然而其高溶解性和低的工作电压不利于质子电池的循环稳定性和能量密度的提升,引入吸电子基团不仅可以降低其LUMO能量来提升其反应电位,还可以一定程度上抑制其溶解来提升稳定性。因此,通过电化学研究并对比了3种不同的苯醌化合物作为质子电池的电极材料,研究了不同氯取代情况造成的影响。其中四氯取代的四氯苯醌(4Cl-BQ)反应电位最高(0.51 V vs.Ag/AgCl),多电子氧化还原反应机制使其在水系质子电池里具有158 mAh/g的出色容量和高的倍率性能,并且氯取代有效抑制了溶解,在1 A/g的电流密度下也能稳定循环超过1200圈,显示出优异的性能。最后通过探究了电荷的快速反应动力学特征解释了出色的倍率性能。该研究表明,通过引入-Cl基团改进的4Cl-BQ,能进一步提升其在电池里综合性能,是一种极具发展潜力的水系质子电池材料。

关键词：质子电池有机电极材料苯醌衍生物吸电子基团

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新型储能化学电源研究进展

电源技术 2020年第6期44卷 793-798页

作者：黄健航王永刚夏永姚复旦大学化学系上海市分子催化和功能材料重点实验室上海200438 南昌航空大学材料科学与工程学院江西南昌330063

化学电源作为高效的能量存储/转化装置,在电子设备、电动汽车、大型储能方面的应用都非常广泛.目前的化学电源并不能满足现代社会能源结构的多样化需求,因此,新型电池体系和材料不断涌现.综述了近年来新型储能化学电源体系的研究进展,... 详细信息

化学电源作为高效的能量存储/转化装置,在电子设备、电动汽车、大型储能方面的应用都非常广泛.目前的化学电源并不能满足现代社会能源结构的多样化需求,因此,新型电池体系和材料不断涌现.综述了近年来新型储能化学电源体系的研究进展,包括金属离子电池、氢离子电池、有机液流电池、液态金属电池等电化学储能系统的发展.总结了不同电池体系的组成和工作机理,为化学电源的发展提供研究思路.

关键词：二次电池金属离子电池氢离子电池有机电极材料液态金属电池

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电活性有机物在电极应用上的研究进展

湖南师范大学自然科学学报 2019年第1期42卷 55-63页

作者：罗妹陈泓钢邹应萍中南大学化学化工学院中国长沙410083

与无机电极材料相比,有机电极材料因为具有结构可设计、资源可再生以及成本低廉等特性,被视为具有前景的电化学储能材料。有机化合物电极材料主要包括含共轭羰基类化合物、含硫有机化合物以及氮氧自由基化合物等。本文主要概括了现阶段... 详细信息

与无机电极材料相比,有机电极材料因为具有结构可设计、资源可再生以及成本低廉等特性,被视为具有前景的电化学储能材料。有机化合物电极材料主要包括含共轭羰基类化合物、含硫有机化合物以及氮氧自由基化合物等。本文主要概括了现阶段用以上三类化合物作为电极材料及其电化学性能所进行的探究,并进一步分析了这三类有机化合物应用在实际的储能电池中所需要的结构和性能上的改进,并进行了展望。

关键词：有机电极材料共轭羰基类化合物含硫化合物含氮氧自由基化合物

共轭羰基化合物作为钠/钾离子电池电极材料的研究进展

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储能科学与技术 2018年第6期7卷 1171-1181页

作者：刘梦云谷天天周敏王康丽程时杰蒋凯华中科技大学电气与电子工程学院湖北武汉430074 华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074

钠(钾)离子电池资源丰富、成本低廉,是极具大规模应用潜力的新型电池体系。然而,受制于较大的钠(钾)离子半径,这两类电池电极材料的选择受到了极大的限制。以共轭羰基化合物为代表的有机电极材料具有柔性的骨架结构,对阳离子半径选择性... 详细信息

钠(钾)离子电池资源丰富、成本低廉,是极具大规模应用潜力的新型电池体系。然而,受制于较大的钠(钾)离子半径,这两类电池电极材料的选择受到了极大的限制。以共轭羰基化合物为代表的有机电极材料具有柔性的骨架结构,对阳离子半径选择性小,且结构多样、理论比容量高、环境友好,基于有机共轭羰基化合物构建的钠(钾)离子电池是未来"绿色电池"发展的重要方向。本文介绍了共轭羰基化合物的分类、储钠/钾性能及机理,重点探讨了羰基化合物作为储钠(钾)材料存在的问题和改进方法。最后,总结了羰基化合物作为钠钾离子电池电极材料存在的基础科学问题、技术挑战以及竞争力,同时进一步展望了有机共轭羰基化合物的发展方向以及大规模储能领域的应用前景。

关键词：钠离子电池钾离子电池有机电极材料共轭羰基化合物

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羰基化合物基水系储能器件的构建及性能研究

羰基化合物基水系储能器件的构建及性能研究

作者：张丽娜天津大学

学位级别：硕士

有机电极材料具有比容量高、结构可调和可持续等优势,将其应用在水系储能体系中,能构建兼具高能量密度、高功率密度、低成本和高安全性的储能器件。其中,羰基化合物电化学可逆性高,反应动力学快,具有优良的倍率性能,对多种储能体系具有... 详细信息

有机电极材料具有比容量高、结构可调和可持续等优势,将其应用在水系储能体系中,能构建兼具高能量密度、高功率密度、低成本和高安全性的储能器件。其中,羰基化合物电化学可逆性高,反应动力学快,具有优良的倍率性能,对多种储能体系具有良好兼容性,近年来得到了较多关注,发展迅速。然而,羰基化合物导电性差、反应电压平台较低和在循环过程中的溶解严重等问题极大限制了其应用。本文通过对有机分子进行聚合和与导电基底复合等手段,有效改善了上述问题,探究了优化后的复合材料在水系超级电容器和锌离子电池体系中的储能特性,显著提升了其电化学性能。本论文主要工作有:1.提出了兼具高面电容、高体积比电容厚密有机复合电极的构建策略,发展了兼具高电子传导和离子传输的有机物/石墨烯高密度复合材料的普适性制备方法。通过“面对面”非共价的相互作用,在实现蒽醌-2-磺酸钠(anthraquinone-2-sulfonate,AQS)与石墨烯有效复合的同时,最大程度缩短了电子在AQS与石墨烯间的传输路径,提升了复合材料的导电性;利用毛细收缩的手段,在实现复合材料致密化的同时有效保持了三维网络的连通,结合AQS上磺酸根对质子的辅助传输作用,显著提升了离子传输能力,最终获得了兼具高面电容(13.3 F cm)、高体积比电容(650 F cm)的厚(200μm)密(1.38 g cm)有机复合电极。2.探究醌类小分子/石墨烯复合材料的储锌特性,构建具有高体积性能的锌离子电容器正极材料。进一步以苯醌为基本结构单元进行分子结构设计,通过原位电化学聚合得到了聚2,5-二羟基苯胺/碳布(PDHA/CC)电极,将醌类有机物的高比容量和聚苯胺的高导电性优势有机结合在一起,将其应用在硫酸锌电解液中,最高比容量可以达到152 m Ah g,放电平台可达1.25 V vs.Zn/Zn。进一步探究了聚合度对PDHA/CC电极的电化学性能的影响,随着聚合度增高,比容量呈现先增加后减小的趋势,在通过循环伏安曲线聚合20圈时电化学性能最优。总之,本文通过对羰基化合物材料进行分子结构上的设计和宏观上与碳材料的复合,实现了材料的三维组装和层次化构建,深入研究了羰基化合物在不同储能体系中的反应机制及电化学行为,对于实现羰基化合物的实际应用具有重要的指导意义。

关键词：有机电极材料羰基化合物毛细干燥超级电容器锌离子电池