论文部分内容阅读
当前,能源存储技术备受关注,从小型可穿戴设备到手机、笔记本电脑,再到电动汽车,以及大型储能电站,处处都能体会到储能技术的发展给我们生活带来的便利。锂离子电池因为兼备能量密度高、使用寿命长等优点,被广泛应用于手机、笔记本电脑以及电动汽车的储能装置中。但是,在电力系统大规模储能等领域中,锂离子电池因成本较高、锂资源储量受限等原因,还未得到充分的发展。钠元素成本低廉、储量丰富,并具有许多与锂元素类似的物理化学性质,所以钠离子电池有望在大规模储能领域得到实际应用。电极材料具有存储锂/钠离子的作用,是储能电池中至关重要的部分,本文旨在研究二氧化钛/碳复合材料在锂/钠离子电池中的应用,主要研究内容如下:(1)通过化学气相沉积和溶剂热法制备了具有共轴框架结构的石墨烯泡沫和二氧化钛的复合材料(GF-CF)。GF-CF作为锂/钠离子电池自支撑电极,石墨烯泡沫骨架能够作为电子的快速传输通道,石墨烯和二氧化钛的界面产生了更多的储锂/钠活性位点,提升了材料的储锂/钠容量。同时,原位生长二氧化钛能够减少二氧化钛纳米材料的团聚。将GF-CF作为钠离子电池电极,在循环100圈以后,电池仍具有136.0mAhg-1的放电容量,同时还具有88.0%的容量保持率,相应的库伦效率为96.5%。通过CV分析发现在总的电荷存储中电容效应的存储占了 45.1%。当GF-CF作为锂离子电池电极时,在循环40圈后依旧具有150.0 mAh g-1的放电容量,库伦效率保持在99%左右。(2)通过溶剂热法在碳纸表面原位生长二氧化钛制备得到了碳纸和二氧化钛的复合材料(CP@TiO2)。CP@TiO2作为钠离子电池自支撑负极材料,碳纸作为柔性基底导电层有利于的电子的快速传输,二氧化钛纳米片层原位生长在碳纸表面后不易发生团聚;同时,二氧化钛和碳纸的界面会出现新的储钠活性位点,因此CP@TiO2相对于碳纸和二氧化钛都更加有利于储钠。CP@TiO2电极的欧姆电阻与电荷转移电阻均小于锐钛矿二氧化钛,储钠容量也高于锐钛矿二氧化钛和碳纸。CP@TiO2自支撑电极相对于以铜作为集电器,需要额外添加导电剂和粘结剂的普通电极而言,从电极的制备到电池的装配都更加简便。