检索结果-南通市图书馆

作者：李欢欢石河子大学

学位级别：硕士

为了实现碳中和的目标,开发可持续、高效的能源转换和存储技术变得越来越重要。其中锌-空气(锌空电池)电池由于其固有安全性、环境友好性、高理论能量密度等优势,受到了愈来愈多的关注,被认为是具有高潜力的下一代电化学储能体系之一。... 详细信息

为了实现碳中和的目标,开发可持续、高效的能源转换和存储技术变得越来越重要。其中锌-空气(锌空电池)电池由于其固有安全性、环境友好性、高理论能量密度等优势,受到了愈来愈多的关注,被认为是具有高潜力的下一代电化学储能体系之一。设计低成本、高活性的双功能电催化剂以加速氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)是实现锌空电池商业化发展的关键问题。近年来,过渡金属硒化物由于在形貌、价态、电子结构等方面表现出了良好的可调性能,因此被广泛应用于各种电化学应用中。钴基硒化物具有高导电性的金属行为、成本低、可调的电子结构和良好的催化活性等众多优点,是可充电锌空电池双功能催化剂最有前景的一种材料。因此,本文以钴基硒化物为研究对象,通过界面工程、形貌工程和缺陷工程角度对催化剂进行设计,具体如下:(1)为了改善CoSe暴露的活性位点较低的问题,进行了以下设计。以2D金属有机框架为前躯体,通过高温煅烧-硒化的方式,成功合成了Co/CoSe@CNx的复合材料。得益于Co和CoSe界面处的自发电子转移,Co/CoSe@CNx表现出优异多功能电催化活性。基于Co/CoSe@CNx催化剂的传统锌空电池具有较高的比容量(813.06 m Ah g)。为了减小电池的充电电压,基于Co/CoSe@CNx催化剂组装了尿素辅助的锌空电池。其相比传统的锌空电池具有更窄的充放电电压间隙,并且稳定性可以长达140 h。(2)为了提高催化剂的OER活性,将CoSe还原成非化学计量比的CoSe。采用原位生长-煅烧的策略制备了具有核壳结构的新型CoSe@Co/N-C纳米复合材料。基于独特的核壳结构和CoSe与Co/N-C之间的强协同效应,合成的CoSe@Co/N-C对ORR和OER表现出优异的催化活性和稳定性。在碱性介质中,CoSe@Co/N-C具有0.82 V的半波电位,10 m A cm时也显示出较低的过电位为0.357 V。因此,CoSe@Co/N-C具有较高的双功能活性。基于CoSe@Co/N-C催化剂的液态锌空电池表现出了122.92 m W cm的最大功率密度。并且基于该催化剂组装的柔性锌空电池具有良好的倍率性能。(3)为了进一步提高催化剂的双功能催化活性,对CoSe进行金属阳离子的掺杂。采用高温煅烧制备了Se和N共掺杂多孔碳纳米板负载的Fe-CoSe。通过Fe的引入,提升了Co的价态,提高了催化活性。多孔的2D纳米板有利于暴露更多的活性位点,促进电解质和氧气分子的传输。因此,Fe-CoSe/NSe C催化剂表现出优异的ORR(0.83 V)和OER(0.353 V)活性以及长周期稳定性。此外,使用Fe-CoSe/NSe C催化剂作为空气电极的锌空电池具有超高的开路电压(1.51 V)、优越的功率密度(163.1 m W cm)和长时间的循环稳定性。

关键词：钴基硒化物氧还原氧析出锌空电池

钴基硒化物的晶相调控及其复合材料的超级电容性能研究

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钴基硒化物的晶相调控及其复合材料的超级电容性能研究

作者：郑璇兰州理工大学

学位级别：硕士

最近,过渡金属硒化合物由于其具有多型性等特征以及独特的电子结构,使其在储能领域备受瞩目。本文介绍了过渡金属硒化钴纳米材料的相变工程,合成路径及反应温度对过渡金属硒化钴纳米材料晶相结构的调控,探究晶相变化对电化学性能的影响... 详细信息

最近,过渡金属硒化合物由于其具有多型性等特征以及独特的电子结构,使其在储能领域备受瞩目。本文介绍了过渡金属硒化钴纳米材料的相变工程,合成路径及反应温度对过渡金属硒化钴纳米材料晶相结构的调控,探究晶相变化对电化学性能的影响。选用两种不同维度的碳材料,调控碳材料添加比例与硒化钴相结合,制备了硒化钴纳米复合材料,在多尺度上实现协同效应,从而得到高性能的超级电容器电极材料。本论文的主要研究内容:(1)通过水热法、化学气相反应两种硒化路径分别合成了正交晶相o-CoSe和立方晶相c-CoSe纳米材料。研究合成路径对CoSe的形貌结构、离子价态以及储能性能的影响。相比o-CoSe,c-CoSe具有更强的电子转移能力。在1 A g下,o-CoSe的比容量(204.3 m Ah g)要低于c-CoSe的比容量(295.5 m Ah g)。在845 W kg的功率密度下,c-CoSe//AC器件的能量密度达到71 Wh kg。在850 W kg的功率密度下,o-CoSe//AC器件的能量密度达到60 Wh kg。(2)通过改变化学气相反应过程的温度来调控硒化钴晶体结构。当温度从600℃升高至700℃时,实现了立方晶相的CoSe向六方晶相的CoSe的转变。在1 A g的电流密度下,CoSe-700的比容量达到410.4 m Ah g。在856.3 W kg的功率密度下,组装的CoSe-700//AC非对称超级电器的能量密度达到77.4Wh kg。在20 A g的电流密度下,CoSe-700//AC器件在循环测试了10000圈后,其仍有82.4%容量保持率。(3)采用两步水热法合成CoSe前驱体并在此基础上添加不同的质量比的碳基材料,成功制备多尺度CoSe/CNTs@CN纳米复合材料。在1 A g电流密度下,CoSe/CNTs@CN-3纳米复合材料显示出445.4 m Ah g的比容量。在1A g的电流密度下,组装的CoSe/CNTs@CN-3//AC器件质量比电容达到191F g。当功率密度为850 W kg时,其能量密度可达到77.1 Wh kg。在电流密度为10 A g时进行长循环测试,当循环5000圈时,其仍达到70%电容保持率,具有出色的循环稳定性。

关键词：晶相调控钴基硒化物超级电容器化学气相反应水热法 CNTs C3N4

钴基硒化物/碳复合材料的设计、制备及其储锂/钠性能研究

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钴基硒化物/碳复合材料的设计、制备及其储锂/钠性能研究

作者：薛艳春江苏科技大学

学位级别：硕士

随着便携式电子产品和电动汽车迅速发展,人们对高效率和耐用性强的先进可充电储能材料/设备的追求日益强烈。锂(钠)离子电池作为新一代储能器件,在储能领域具有巨大的发展潜力,探索具有高比容量和稳定性的负极材料具有重要意义。近年来... 详细信息

随着便携式电子产品和电动汽车迅速发展,人们对高效率和耐用性强的先进可充电储能材料/设备的追求日益强烈。锂(钠)离子电池作为新一代储能器件,在储能领域具有巨大的发展潜力,探索具有高比容量和稳定性的负极材料具有重要意义。近年来,基于电化学转化反应的金属硒化物由于具有较高的可逆容量而受到了广泛的关注。然而,金属硒化物存在着由于体积变化大、电导率低而导致的循环性能和倍率性能差的问题。因此,设计金属硒化物和碳的复合材料是解决上述问题的有效策略,本文通过探索不同复合手段制备了一系列钴基硒化物/碳复合材料,并对这些材料的储锂/钠性能进行研究。主要归纳为以下四个部分:1、通过调控KOH的浓度,在水系条件下高效宏量地合成了不同形貌的ZIF-67。这本质上是利用配体和KOH之间的金属位点竞争配位性来调节ZIF-67的形貌,随着KOH浓度的增加,ZIF-67的形貌从2D叶片状逐步转变为3D多面体状。然后,将多面体状ZIF-67作为前驱体,通过不同的硒化方法得到了不同晶相的两种硒化钴/碳复合材料,并对其展开了储锂性能的研究。CoSe/C在0.1 A g下循环200圈后展现出765 mAh g的比容量,Co Se/C比容量较低但循环稳定性相对较好,这为高性能储锂负极的设计提供了参考案例。2、通过调控KOH的浓度,在水系条件下成功合成了双金属MOFs,首次用一种绿色又高效的方法一步制备了FeCo-MOF、ZnCo-MOF和NiCo-MOF三种双金属MOFs,进一步通过碳化和硒化处理成功得到了三种钴基双金属硒化物/氮掺杂碳复合材料。其中,Fe-Co-Se/NC在0.1 Ag下经过100次循环充放电后,放电比容量仍可达1325 mA h g。即使在1 A g的大电流密度下循环550次,仍能保持高达1247 mAh g的比容量。同时,Fe-Co-Se/NC表现出优异的倍率性能(2.0和5.0 A g下,放电比容量仍分别为700和393 mAh g)。这归因于双金属硒化物和氮掺杂碳的均匀复合带来了丰富的氧化还原活性位点,促进了电化学反应动力学,并抑制了体积膨胀。此外,3D多孔结构不仅具有结构稳定性而且有利于电极材料和电解质的充分接触。3、采用水热自组装、高温氧化以及离子交换硒化组合策略成功合成了钴镍双金属硒化物和3D分层多孔碳(蝶翅衍生)的复合材料。通过调节首步中反应物和辅料的浓度,获得了葱兰状、片状和二维针花状三种结构的CoNiSe分别生长于3D多孔碳网络上。结果表明,葱兰状硒化物和碳的复合材料(Z-CoNiSe/BWC)作为负极具有更高的储钠性能。在0.1 A g的下,Z-CoNiSe/BWC的首次放电比容量为568 mAh g,循环100圈后,比容量的保持率是第二圈的80%,单圈衰减率为0.2%。同时在0.05、0.1、0.3、0.5和0.8 A g下的平均可逆容量分别为524、467、426、376和318 mAh g,当电流密度降至0.1 A g时,可恢复到405 mAh g,表现出优异的循环性能和倍率性能。这归因于该策略有效地综合了多组分效应和结构优势,可以增加氧化还原活性中心的暴露,加快电化学反应动力学,并在充放电过程中稳定电极结构。4、将蝶翅衍生的3D分层多孔碳骨架作为自支撑导电衬底,通过微波法、盐刻蚀和不同温度下硒化反应后得到了硒化钴镍和碳的复合材料。研究表明160℃下硒化制得的复合材料(Ni-Co-Se/BWC-160)表现出最佳的储钠性能,在0.1 Ag下,首圈放电比容量为703 mAh g,经过100次循环后仍保持为403 mAh g,具有99.5%的高库仑效率。同时具备优异的倍率性能,在0.05、0.1、0.3、0.5、0.8和1 A g下的可逆容量分别为500、417、360、310、247和211 mAh g,当电流密度恢复到0.1 A g时,可逆容量保持率接近90%。优异的储钠性能归因于纳米级硒化钴镍均匀分散并牢牢瞄定在多孔碳骨架上,不仅为电化学反应提供了丰富的氧化还原位点,还使得硒化钴镍和碳基底之间的离子/电子转移和扩散更加高效,有效地加快了电化学反应动力学。

关键词：钴基硒化物锂(钠)离子电池负极材料协同效应循环性能倍率性能

生物多孔碳和钴基硒化物的制备及电化学性能研究

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生物多孔碳和钴基硒化物的制备及电化学性能研究

作者：连鑫华南理工大学

学位级别：硕士

目前,锂离子电池作为最成功的电化学储能体系,广泛应用于便携式电子设备中。这主要是因为其具有较高的能量密度、循环寿命长及安全性高等优点。同时,锂离子电池也被认为是电动汽车储能的最好选择。因此,开发出高性能的锂离子电池一直是... 详细信息

目前,锂离子电池作为最成功的电化学储能体系,广泛应用于便携式电子设备中。这主要是因为其具有较高的能量密度、循环寿命长及安全性高等优点。同时,锂离子电池也被认为是电动汽车储能的最好选择。因此,开发出高性能的锂离子电池一直是科研工作者的工作重心。然而,有限的锂资源必将是其发展过程中难以逾越的瓶颈。所以,现在人们在对锂离子电池优化的同时,也在寻找新的可替代的储能体系。和锂位于同一主族的钠具有与锂相似的理化性质,且钠资源储量十分丰富,特别是在大型储能领域,能量密度并非是一个关键指标,因此开发钠离子电池是一个合理的选择。在锂/钠离子电池中,电极材料是决定其电化学性能的重要因素,所以人们一直致力于寻找新的电极材料进一步提高电池的整体性能。本论文的主要研究内容为新型锂/钠离子电池负极材料的制备及其电化学性能。第一,生物多孔碳的制备及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究;第二,溶剂热法合成纳米花状CoFeSe,将其作为钠离子电池负极,研究多金属的协同效应对电化学性能的改善。我们利用“腌制法”对虾进行处理,在还原性气氛下经过退火烧结后用去离子水除去氯化钠,最后得到多孔碳材料。实验表明,对虾进行腌制处理,让氯化钠均匀地进入虾的组织中,在退火过程中氯化钠以纳米颗粒的形式结晶于炭化物中,充当一种绿色的“腐蚀剂”,经过简单的超声水洗便可轻易的除去。将此多孔碳材料制备成电极进行测试,发现该材料作为锂离子电池负极时表现出优异的电化学性能。利用溶剂热法合成CoSe,CoFeSe,FeSe样品,通过Rietveld精修确认上述样品均为单相后,对其进行电化学性能测试,探究多金属协同效应是否能有效改善其电化学性能。测试结果表明,相对于单金属的CoSe和FeSe样品而言,CoFeSe样品在做钠离子电池负极是具备更加优异的电化学性能,特别是在大电流密度测试下,其优势更加明显。此外,相比于碳酸酯类的电解液,使用醚类电解液更能保证这类钴基硒化物的电化学性能。

关键词：锂离子电池钠离子电池负极多孔碳钴基硒化物

基于二维金属有机骨架构筑硒化钴基复合材料及其超级电容器性能研究

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基于二维金属有机骨架构筑硒化钴基复合材料及其超级电容器性能研...

作者：王思超江苏大学

学位级别：硕士

超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点成为储能领域研究的重点,但低的能量密度限制了其应用。电极材料物化性能的改善有望提高其能量密度。钴基金属硒化物具有较高的电导率和理论容量是良好的储能材料,但其实际性... 详细信息

超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点成为储能领域研究的重点,但低的能量密度限制了其应用。电极材料物化性能的改善有望提高其能量密度。钴基金属硒化物具有较高的电导率和理论容量是良好的储能材料,但其实际性能受到材料的形貌、结构、表面积、活性位点等因素的影响,难以有效的发挥出来。二维(2D)材料有较高的纵横比,能够提供更多的反应活性位点,其衍生物有望改善材料的电导率并提高实际容量。基于此,我们采用二维金属有机骨架(2D MOFs)模板法、硒化处理、多级结构调控和双金属掺杂等方法,构筑钴基金属硒化物@硒复合材料及非对称超级电容器器件。探究其物相变化规律、电化学性能及储能机理。主要研究内容如下:(1)通过溶剂热法和硒化退火法,在碳布和碳纸集流体上制备薄层硒化钴@硒(Co Se@Se-xh)复合材料。探究了形貌、结构、硒化时间等参数对最终产物电化学性能的影响。结果表明,碳布上硒化两小时后的Co Se@Se-2h复合材料的电化学性能最优。第一性原理计算表明,硒的存在可以有效降低氢氧根离子在复合材料表面的吸附能垒。组装的非对称超级电容器具有良好的循环稳定性,高的电容保留率和库伦效率,以及较高的功率和能量密度。(2)通过多次静置生长和硒化退火法,以钴基金属有机骨架材料(Co-ZIF-L)为前驱体构建多级结构硒化钴@硒复合材料。调控多级结构的生长时间,研究硒化钴@硒复合材料在一次生长(f-Co Se@Se)和二次生长(s-Co Se@Se)的形貌、结构及电化学性能之间的相互关系。结果表明,s-Co Se@Se比f-Co Se@Se材料具有更高的比电容、倍率性能和循环稳定性。将s-Co Se@Se作为正极、活性炭作为负极组装成非对称电容器,其表现出良好的电化学性能。(3)分别通过镍、锌双金属掺杂,在碳布上构筑双金属钴基硒化物@硒((MCo)Se@Se,M=Ni,Zn)纳米复合方片阵列,探究了其构效关系,并结合理论计算分析了其储能机理。研究发现,(Ni Co)Se@Se电极具有高的比电容和倍率性能,这归因于镍钴硒化物较低的电化学阻抗和低的氢氧根离子表面吸附能。构筑非对称电容器发现,该器件具有非常优异的电化学储能性能。

关键词：超级电容器钴基硒化物二维金属有机骨架理论计算储能机理