基于废烟头/阿胶废药回收的硬碳负极的电化学储钠性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:huishouzhong2
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Na元素具有与Li元素相似的物理化学性质,且钠盐储量丰富、成本低廉,因此钠离子电池被认为是目前最有希望的大规模储能系统。硬碳材料具有层间距大、比容量高、电导率高、物理化学性质稳定和廉价易得等优点,成为目前最有前景的钠离子电池负极材料。与化学原料合成硬碳材料的方法相比,通过从含碳废弃物中回收硬碳材料不仅有利于降低成本,还有助于节约资源和保护环境。基于此,本论文选取废烟头和过期阿胶废药两种含碳废弃物作为碳源,分别获得氮掺杂硬碳微米颗粒和氮/硫共掺杂硬碳纳米球。主要研究内容为:(1)选取废烟头作为碳源,分别在700℃和800℃下进行热解碳化回收,获得的样品分别标记为NWHC-700和NWHC-800,并考察热解温度对硬碳材料结构和电化学储钠性能的影响。结果表明,不同热解温度下,NWHC-700和NWHC-800的表面形貌和粒径大小基本一致,而在较低热解温度下的NWHC-700具有更低的石墨化程度、更大的层间距和更高的氮元素含量;而且,在相同的电流密度下,NWHC-700也呈现出更高的放电比容量、更好的循环稳定性和倍率性能。较无序的微观结构、较大的层间距和较高的N元素含量可能是提升NWHC-700负极电化学储钠性能的主要原因。(2)选取过期阿胶废药作为碳源,通过硬模板法及随后的热解碳化和模板刻蚀,以氮/硫共掺杂中空硬碳纳米球形式(NS-HHCNs)来回收过期阿胶废药。结果表明,得到的NS-HHCNs呈现中空纳米球结构,氮/硫元素被成功的掺杂到碳球结构中且分散性良好。当NS-HHCNs被用作钠离子电池负极材料时,首次放电比容量可达到661.5 mAh·g-1,即使在2.0 A·g-1高的电流密度下循环1000圈时仍能保持174.3 mAh·g-1的放电比容量,表现出了优异的电化学储钠性能。氮/硫共掺杂产生的协同效应有利于增加材料的层间距、电导率和储钠活性位点;此外,中空结构的存在有利于缓解Na+脱/嵌过程中产生的的机械应力,同时也有利于增加电极材料与电解液的接触面积,因而大大促进了Na+的快速扩散传输,进一步提升材料的电化学储钠性能。
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