钠离子电池硒化物负极材料的研究

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钠离子电池(SIBs)拥有丰富的钠源,引起了极大的关注。但是钠离子电池的阳极在实际应用中具有局限性,其中包括低的Na储存能力和缓慢的动力学性能,难以满足社会的需求。因此探索具有优异电化学性能的有前途的阳极材料引发了许多探索活动。现有电极的机理分为插入型(例如碳,TiO2,V2O5),转化型(例如碳,TiO2,V2O5,CoO,Fe S2,NiSe2)以及合金类型(例如Sn,Sb,Bi)。其中,基于转化反应的材料显示出较高的钠存储容量和较小的体积膨胀。过渡金属硫属元素化物(TMDCs)被视为转换模式的主要成员。但是,传统的金属氧化物(MO)和金属硫化物(MS)受致密的固体电解质相间(SEI)膜阻碍离子传输和多硫化物的“穿梭”效应的影响,从而限制了电极的性能,因此研究新的电极材料很有必要。基于电化学转化反应的金属硒化物具有高电子电导率和低能耗等优点,这使得金属硒化物(MSe)具有超高的使用寿命,高可逆容量和适当的工作潜力,因此被认为是极具潜在价值的SIBs负极材料。在本论文中主要针对两种硒化物进行研究,包括石墨烯基碳包覆硒化铜和三维碳复合CoSe2的试验方案及其结构与性能进行研究和探讨,主要研究内容如下:(1)将水和无水乙醇作为溶剂进行一步简单的溶剂热反应,利用水合肼为还原剂,还原单层氧化石墨烯(rGO)为碳基底,同时利用葡萄糖的低温碳化为软模板在包覆硒化铜的同时,将硒化铜比较均匀的负载在还原单层氧化石墨烯(rGO)上。以此为电极材料研究其在钠离子电池中的各种化学性能,并且展现了优异的储钠性能。在长循环性能中,在低电流密度0.2A/g下,循环30圈,展现出371mAh/g,保持率为83.7%。在高电流密度3A/g下,循环1400圈,展现出392mAh/g的比容量,容量保持率高达90%。在倍率性能测试中,将电流密度由0.1 A/g增加到5A/g后,比容量约为400mAh/g,容量保持率为92.1%。(2)将水与乙二醇作为溶剂进行一步溶剂热反应,其中以柠檬酸为络合剂,水合肼为还原剂。然后将水热得到的产物,在管式炉中,在Ar/H2(10%)的气氛下,进行高温煅烧使柠檬酸进一步碳化得到三维碳复合CoSe2。本实验合成的样品在电化学测试中的各种性能都能够达到令人满意的程度。在长循环性能中,在低电流密度0.2A/g下,初始放电比容量为550m Ah/g,初始充电比容量为500.5mAh/g,初始库伦效率(CE)为90.1%,而且在循环30圈后容量无明显的衰减能够保持在405.5mAh/g,保持率为73.6%,在0.1A/g的电流密度下经过5圈的活化后,电流密度变为5A/g的较大电流密度下,结果表明经过300次左右的充放电循环其可逆容量还仍然可以保持为346mAh/g,保持率能够达到62.9%。
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