钠离子电池用普鲁士蓝及其铜掺杂类似物的合成及性能

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Bryson
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具有高容量和长循环稳定性的原始普鲁士蓝(PB)及其类似物(PBA),在钠离子电池(SIB)研究中,具有重要的地位。由于价格便宜,环境友好,易于合成并具有较高的理论容量,原始PB和掺杂的PBA材料正成为钠离子电池领域的研究热点。本论文研究工作的重点是原始PB和铜掺杂PBA的合成和电化学性能评估。通过利用柠檬酸钠,PVP和低温的有效组合技术,合成原始普鲁士蓝(PB)和铜掺杂的普鲁士蓝类似物(PBA)材料。当合成PB和PBA材料时,反应的主要前体是十水合亚铁氰化钠(Na4Fe(CN)6·10H2O),四水合氯化亚铁(FeCl2·4H2O)和二水合氯化铜(CuCl2·2H2O),而PolyVinylPyrrollidone(PVP),柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)和氯化钠(NaCl)用作添加剂。在整个实验中,所有前驱体和其他添加剂保持恒定,同时温度,柠檬酸钠的量和铁与铜的比例被研究优化在25℃下使用较少的柠檬酸钠(NPB-1)合成的PB样品,在1C下释放132mAh/g的可逆比容量,150个循环后容量保持率为40%。在合成期间,柠檬酸钠的量增加到(NPB-2),使得1C的可逆比容量变为97 mAh/g,150次循环后容量保持率为70%。在0℃下进行实验,有助于减缓成核和晶体生长,实现空位数量减少,钠含量增加和结晶度提高的目的,最终在1C的第150次循环后获得超过78.4%的高容量保持率。柠檬酸钠的量,Fe:Cu的比例和温度也都直接影响铜掺杂的PBA的电化学性能。在25℃下使用Fe:Cu=3:2合成的铜掺杂PBA样品(NPBC-1)具有64 mAh/g的初始放电比容量和300次循环后的容量保持率59%。然而,当使用相同量的柠檬酸钠时,在25℃(NPBC-4)下改变为Fe:Cu=3:1的比率,初始放电比容量增加110 mAh/g,并且在300次循环后容量保持率为56%。从上诉结果可以得出结论:随着Fe:Cu的比例减少(铜的量减少),初始比放电容量增加。这说明铜对提高比容量没有帮助,但有助于提高容量保持率,因为它可以提高PBA晶体结构的刚性,使其在循环过程中晶格不易坍塌。另外,温度对铜掺杂PBA的影响与在原始PB中观察到的相似。总之,本研究发现优化温度和柠檬酸钠的量有助于改善PB和PBA样品的容量和容量保持率,而优化铜掺杂仅有助于提高容量保持率。
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