【摘 要】
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锂离子电池是目前使用最广泛的储能装置,已经应用到人们日常生活的方方面面。由于锂资源分布不均、储量有限以及价格昂贵的特点,锂离子电池的发展受到了限制。钠元素和锂元素
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锂离子电池是目前使用最广泛的储能装置,已经应用到人们日常生活的方方面面。由于锂资源分布不均、储量有限以及价格昂贵的特点,锂离子电池的发展受到了限制。钠元素和锂元素处于同一主族,理化性质较为接近。相较而言,钠资源分布广泛、储量丰富、价格低廉,并且钠离子电池的氧化还原电位较低,钠离子电池有望成为锂离子电池的理想替代品。钠离子的离子半径大,其嵌入和脱出的动力学缓慢,影响电池的性能。电极材料决定着电池的性能。开发高性能负极材料,提升储钠反应动力学,是一个重要的课题。钼基电极材料如硫化钼、氧化钼具有比容量大、钠离子嵌入和脱出动力学好的优势,是最具有应用潜力的负极材料。但单一的钼基材料在储钠领域中存在寿命短、倍率性能差的问题。本论文针对该问题,以MoS2、MoO3和MoP为研究对象,分别将它们和碳材料进行复合,最终分别得到三维网状结构、中空结构以及不规则颗粒状的复合材料,成功改善了钼基材料的循环稳定性和倍率性能。(1)以柠檬酸为碳源,氯化钠为模板,通过简单的冷冻干燥以及后期焙烧的方法获得三维碳材料负载MoS2纳米片的复合材料。复合材料因其特殊的结构与组成,表现出优异的电化学性能。复合材料在1.0 A g-1的电流密度下循环1000圈,比容量保持在50.5%;在5.0 A g-1的电流密度下循环1000圈仍然具有350mAh g-1的比容量。在此实验的基础上,将MoS2纳米片分别用硫源(硫源)和钼源(钼酸铵)来取代,原位生成MoS2纳米棒,得到三维碳包覆MoS2纳米棒的复合材料。该种复合材料表现出稳定的循环性能,在电池循环450圈后,电池的放电容量仍然保持在82.5%。(2)以2-甲基咪唑为碳源,Na2MoO4为钼源,使用盐模板法通过冷冻干燥以及后期煅烧的方法,获得被中空碳包裹MoO3纳米颗粒的复合材料。原位生成的MoO3纳米颗粒均匀分散在碳材料中,MoO3的颗粒较小,能够实现与碳材料很好的包覆,活性物质和碳材料能够进行很好的复合。中空复合材料因其特殊的中空结构和高的导电性能,表现出优异的倍率性能和循环性能,在0.5 A g-1电流下,循环3000次,比容量仍然维持在150 mAh g-1。(3)以2-甲基咪唑为碳源,Na2MoO4为钼源,NaH2PO2为磷源,使用盐模板法通过冷冻干燥以及后期焙烧的方法,获得碳包覆的MoP复合材料。复合材料的形貌呈现出颗粒状,将该复合材料用做钠离子电池负极,材料表现出优异的倍率性能。复合材料在5.0 A g-1的电流密度下,钠离子电池的放电比容量在150mAh g-1附近。
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