GeS2和MoO3的制备及其在电化学储能方面的研究

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由于化石燃料的消耗增加,诸如雾霾和温室效应等环境问题变得越来越严重。为了缓解当前环境恶化的状况,有必要改变现有不合理的能源结构,提高能源利用率,开发新的能源。锂离子电池(LIB)作为具有高能量密度和功率密度的绿色,环保且可再生的能量存储设备,已主导了便携式电子设备(如手机和笔记本电脑)的市场。考虑到锂源稀缺和分布不均引起的担忧,研究人员也在钠离子电池(SIB)方面做了大量研究,尤其是在考虑大规模储能的情况下。但是,商用石墨碳负极材料在锂离子电池中比容量仅为372 mAh g-1,在钠离子电池中容量仅为35 mAh g-1,其低的比容量和能量密度不能满足未来移动电子设备的快速发展的要求,并且几乎没有进一步提高其容量的空间。因此,开发具有高比容量和稳定循环性能的新型阳极材料已成为当前研究工作的重点之一。本论文主要研究了两种典型的金属硫族化合物材料,二硫化锗(GeS2)和三氧化钼(MoO3),以及其应用于锂/钠离子电池负极材料的电化学性能。本论文第一章简要地介绍了电池的发展状况和锂离子电池、钠离子电池的结构组成及工作原理,概述了锂离子电池、钠离子电池常见电极材料的研究进展。最后对本论文的选题思路和研究内容做了扼要的介绍。本论文第二章主要介绍了实验过程中所用到的实验药品、器材,材料物相的表征方法、锂/钠离子纽扣电池的组装流程以及电化学性能测试手段。本论文第三章采用拓扑转换方法制备了二维(2D)超薄GeS2纳米片,单层厚度仅为1.2 nm,2D超薄纳米结构可以缓解散装材料面临的电极与电解质的接触问题,并为Li/Na离子和电子提供更短的传输/扩散路径,从而获得出色的倍率性能。本论文第四章提出了一种有效的层间工程策略,此合成策略是基于部分还原和有机分子插入方法的集成。这使得三氧化钼(MoO3)的层间间距从6.92?逐渐扩大到10.40?,并且有机分子的引入,产生了极好的离子嵌入/脱出动力学,大大提高了MoO3在锂/钠离子电池中的电化学性能。本论文第五章对论文的工作进行了总结。
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