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电源技术 2024年第4期48卷 725-731页

作者：王利诚徐昊李钊邹建新上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心上海200240 上海交通大学氢科学中心上海200240

采用溶剂热法,利用表面活性剂的分散作用成功合成了FeSe_(2)纳米颗粒,将其作为正极材料组装可充镁电池,并进行电化学性能测试。结果显示,FeSe_(2)正极在100 mA/g电流密度下首次放电比容量为119 mAh/g,并在循环过程中展现出比容量的逐渐... 详细信息

采用溶剂热法,利用表面活性剂的分散作用成功合成了FeSe_(2)纳米颗粒,将其作为正极材料组装可充镁电池,并进行电化学性能测试。结果显示,FeSe_(2)正极在100 mA/g电流密度下首次放电比容量为119 mAh/g,并在循环过程中展现出比容量的逐渐升高,在循环48次后获得最大放电比容量628 mAh/g,同时具有良好的循环稳定性,在100次循环后仍保持581 mAh/g的放电比容量。非原位TEM、XPS和同步辐射软X射线吸收谱分析表明,FeSe_(2)正极在循环过程中,铜集流体会参与正极电化学反应并形成含铜化合物,在正极材料中形成导电通路,这有利于电化学反应过程中电子的转移。因此,FeSe_(2)纳米颗粒充分参与正极转化反应,并展现出高容量和长循环稳定性,为镁电池中的集流体和硒族化合物的匹配性设计提供了新的思路。

关键词：可充镁电池正极材料 FeSe_(2) 铜集流体非原位表征

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锂离子电容器碳基材料的制备及电化学性能研究

锂离子电容器碳基材料的制备及电化学性能研究

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作者：徐颖弘南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着绿色可持续能源的发展,研究者们对电化学储能装置提出了更高的要求。锂离子电容器(LIC)作为新型的储能器件,结合了锂离子电池(LIBs)高能量及超级电容器(SCs)高功率的优点。通常两极分别采用电容型材料和电池型材料,其中,电容型正极... 详细信息

随着绿色可持续能源的发展,研究者们对电化学储能装置提出了更高的要求。锂离子电容器(LIC)作为新型的储能器件,结合了锂离子电池(LIBs)高能量及超级电容器(SCs)高功率的优点。通常两极分别采用电容型材料和电池型材料,其中,电容型正极材料通过吸脱附进行电荷存储,即阴离子在电极/电解液界面发生快速的物理吸/脱附过程,从而保证高的功率密度及较长的循环寿命;而电池型负极材料通过在电极体相中发生氧化还原反应来储存能量,因此能够提供较高的能量密度。然而,由于正、负极材料之间不同的储荷机制引起的动力学及容量不匹配问题,严重地影响了锂离子电容器的推广应用。本论文主要围绕着碳基材料的制备、表面改性、电荷存储机制等方面展开研究,着眼构建兼具高能量/高功率密度的锂离子电容器,具体研究内容如下:(1)以酚醛树脂为碳源,双聚氰胺为氮源,F127为软模板,利用气溶胶喷雾热解策略制备了具有高比面积的分级多孔碳纳米球(NHPCS)。喷雾热解过程中,酚醛树脂及双聚氰胺会与F127发生自组装反应,生成空心纳米球。通过进一步活化形成分级多孔结构,有效地缩短了离子的传输路径。所制备的NHPCS具有大的比表面积(1082 m g)和合适的氮元素掺杂比例(3.65%)。以NHPCS作为电极材料组装的锂离子电容器电位窗口可达4.2 V,其最高功率密度和能量密度分别为10.7 k W kg和151 Wh kg。(2)以氧化石墨烯为碳源,罗丹宁为还原剂和掺杂剂,经过水热还原、高温煅烧步骤制备了具有三维导电网络结构的氮硫共掺杂石墨烯(HPGR)。在水热反应过程中,氧化石墨烯被罗丹宁还原,罗丹宁本身被氧化并在石墨烯表面原位聚合生成聚罗丹宁。该合成路线一方面使氧化石墨烯得到还原且有效减缓π-π相互作用,另一方面石墨烯表面的聚罗丹宁存在丰富的氮硫原子,可以引入赝电容,大大地提高了正极比容量。结合非原位物性表征、第一性原理计算及电化学测试,验证了HPGR正极材料存在表面电容贡献。HPGR作为正负极材料组装的双碳锂离子电容器展现了高能量、高功率等特点,其最大能量密度和功率密度分别可达162.5 Wh kg和10.8 k W kg。(3)以柠檬酸铁为碳源和铁源,乙二胺为氮源,通过水热法合成具有三维(3D)结构的Fe/FeN纳米颗粒/类石墨烯多孔碳纳米片(Fe/FeN/DC)。该合成方法将Fe/FeN纳米颗粒限制在超薄的氮掺杂3D互连的纳米片中,减缓了Fe/FeN纳米颗粒在充放电过程中体积变化对容量造成的影响。当用作锂离子电容器负极时,Fe/FeN/DC不仅展现了高的可逆比容量,而且还具有出色的稳定性。结合恒电流间歇滴定法(GITT)测试及非原位表征技术,探究了在充放电过程中Fe/FeN/DC的动力学行为及电荷补偿机制。以预锂化的Fe/FeN/DC为负极,分级多孔碳(HDC)为正极构建的锂离子电容器表现出超高的能量密度和功率密度(221.5 Wh kg和18.4 k W kg)。

关键词：锂离子电容器碳基材料赝电容非原位表征储能机理

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