钠离子电池正极材料Na2FeP2O7的可控合成与改性研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:C_k_b
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
Na2FeP2O7材料因其良好的循环性能和简单、低成本的制备工艺被广泛认为是拥有巨大潜力的正极材料之一。该材料进行氧化还原时的工作电压稳定在3 V左右,其比容量的理论值是97 m A h/g。然而该材料本身存在缺点,修饰前固有的电导率差,难以达到理论容量。本论文通过调控高温固相法中不同参数的影响,探究最佳合成条件,对材料进行碳包覆、钒掺杂和氟掺杂的改性操作并研究不同包覆量和掺杂量对材料性能的影响,并加以分析。通过高温固相法制备Na2FeP2O7材料的过程中,研究了不同钠源、不同Na:Fe和不同温度条件下得到的Na2FeP2O7材料在形貌结构和电化学性能方面的差异。根据这些不同条件的对比可以看出,XRD表征表明反应的最佳条件为Na H2PO4作钠源、Na:Fe比例为2:1,600℃的烧结温度,该条件下制备的样品特征峰信号最强。电化学测试结果也证明了上述参数下获得的产品性能最佳,在25℃,电压区间为2 V~4 V,电流密度为0.1 C的测试条件下首圈放电比容量为69.71 m A h/g,100圈循环后的容量保持率为95.01%。探究高温固相法合成制备碳包覆的Na2FeP2O7材料(记为C@Na2FeP2O7)。调控制备过程中柠檬酸的加入量,获得最佳合成条件。对比不同包覆量对材料电化学性能的影响,可以得出包覆后的材料仍然属于三斜晶系,碳涂层的存在使得材料的导电性有极大程度的增强,有效控制粒径,抑制团聚,增大材料的比表面积,增加离子迁移通道的同时缩短迁移的距离。电化学测试则表明包覆量为5%时的材料具备最好的充放电容量和循环性能,EIS和CV结果也能看出包覆量在5%时材料的阻抗明显减小,极化程度低,可以有效提高材料性能。探究高温固相法合成制备钒掺杂的C@Na2FeP2O7材料(记为C@Na2Fe1-0.15xVxP2O7,x=0.1,0.15,0.2),调控钒源不同比例的加入量,获得最佳的合成条件。通过XRD和SEM表征可以得出钒掺杂没有改变材料的微观结构,仍属于三斜晶系,颗粒体积小且更为均匀。结合电化学测试以及EIS、CV比较能够看出,x=0.15时的材料首圈放电比容量最好,100圈循环后的容量保持率仍有86.03%,而且材料阻抗小,极化程度低,可逆程度更高。探究高温固相法制备氟掺杂的C@Na2FeP2O7材料(记为C@Na2-3yFe(P2O7)1-yFy,y=0.02,0.05,0.1)。氟的电负性比氧高,可以有效提升材料的能量密度。对比XRD和SEM结果表明氟掺杂后的材料保持三斜晶系,但是晶格间距有所改变,影响到钠离子的扩散,同时比表面积的增大有利于钠离子迁移。电化学测试显示材料的充放电性能及循环保持率都有所提升,阻抗值明显降低。
其他文献
基于菲涅尔的聚光光伏技术是实现太阳能高效且低成本收集利用的有效途径之一。二次聚光器常被用于提高聚光光伏系统的光线接收角、辐照度分布均匀性和聚光比,进而改善聚光光伏系统在实际应用中的表现。但是,二次聚光器的引入也会增加一些光学表面,由于镜面材料吸收或菲涅耳反射会导致相当大的光能损失。这个问题降低了聚光光伏系统的效率,进而增加了发电成本。因此,消除或最小化镜面材料吸收损耗和菲涅耳反射损耗,进而提高聚光
Ti3SiC2作为目前研究较为广泛的MAX相三元层状化合物之一,兼具金属和陶瓷的优越性能,具有良好的耐辐照性能,有望被应用于下一代核反应堆设施中。同时,Ti3SiC2也与其他陶瓷材料一样具有高温应用性能,在高温环境下具备优异的摩擦学性能,因此在高温润滑材料领域有着非常广泛的应用前景。本文通过电子辐照方式研究了无压烧结方式制备的Ti3SiC2材料经过辐照后形貌和结构的变化,并对电子辐照机制进行了分析
锂硫电池因具有高比能量密度、高理论比容量、安全无毒和硫储量丰富等优势受到广泛关注和深入研究。硫与高导电性材料结合的策略成为提高锂硫电池性能的重要方法。炭气凝胶(CA)因其大的比表面积和高的导电性优势已成为硫电极的关键支撑材料。本论文通过简便的方法制备具有特定结构的原位氮掺杂炭气凝胶,并与硫构成复合电极,有效地抑制“穿梭效应”,明显提高锂硫电池的电化学性能。本工作通过间苯二胺与甲醛反应,采用简便的溶
铁基类普鲁士蓝材料具有成本低廉、制备方法简单等优点,在金属离子电池中作为正极材料具有很大的应用潜力。锰铁类普鲁士蓝(MnHCF)理论比容量和反应电势高,是水系锌离子电池(ARZIBs)正极材料的理想备选。本文围绕MnHCF在ARZIBs中的应用展开,主要工作如下:一、研究了氮端兼具Mn、Zn的类普鲁士蓝材料在ARZIBs中的电化学性能。通过XRD、XPS、ICP-AES等表征了材料组成与结构。电化
对于一个包含风电机组和传统同步发电机组的风力发电系统,频率稳定性是一个关键指标,通常由同步发电机支撑。但由于风电机组渗透率越来越高,系统整体的惯性越来越低,有限的同步发电机无法提供所需的有功功率进行频率调节,这就迫切需要风电机组参与调节频率。本文以全功率永磁同步风力发电机组和风电场为研究对象,分别在机组层面和电场层面提出了优化的模型预测控制策略。本文在风电机组层面建立了改善系统频差和永磁系统出力的
新能源电动汽车已经得到越来越多消费者的欢迎和认可。电池管理系统通常用来保证整车系统及各个单体电池的最优表现和正常运行,SOC(荷电状态)是电池管理系统中非常重要的一个功能,它主要用来量化电池的剩余电量。保持电池SOC在一个合理的范围内,可以有效防止过充和过放对电池寿命带来的损害。同时,精确的电池SOC估计对于驾驶员合理规划行程和预测汽车剩余驾驶里程也可以起到很好的参考价值。由于电池内部电化学反应过
锂空气电池优异的理论性能和发展前景使其有望成为下一代储能设备,应用于便携式电子设备和交通工具中。但受到其迟缓的氧还原和氧析出(ORR/OER)等性能影响,其商业化道路仍有许多阻碍。众多研究人员致力于开发出高效的双功能催化剂应用到空气阴极,以优化其电池性能,延长循环寿命。相对来说,设计复合材料,综合性能优势,取长补短,是开发新型高活性催化剂的首选。目前已有许多研究对杂原子掺杂的碳材料进行了分析与测试
随着我国特高压的迅速发展,特高压盆式绝缘子需承担更大的机械与电气应力。环氧树脂复合材料由环氧树脂、无机填料及固化剂混合固化而成,是制备盆式绝缘子的关键材料,直接影响盆式绝缘子的性能。研究表明通过添加无机纳米粒子作为填料,可有效提高环氧树脂复合材料的性能。纳米金刚石不仅具有高的机械强度、优良的绝缘性能、优异的导热性、负的电子亲和势及低的场发射阈值,且制备工艺成熟、成本低,适合作为无机纳米填料增强环氧
膨胀土是一种易引发灾害且难以处理的特殊性土,加上性质受环境条件变化影响较大,故酸性污染物影响下的膨胀土性质更加复杂和难以预估。碱渣修复酸污染膨胀土是一种较理想方法,但其机理尚未揭示,为此,本文基于非饱和直剪试验和固结不排水三轴试验探究盐酸浓度、碱渣掺量、基质吸力、净法向应力、养护龄期和围压对改良土强度的影响规律,同时利用SEM研究相应的微观结构特征,并利用IPP软件分析不同条件下土样微观结构定量特
配电网在一个地区的经济发展中占据极其重要的地位。目前,某县电网面临着负荷增长速度远大于变电站建设速度,主配网网架与目前电力需求不对等的现状,造成这一现状的主要原因一是某县作为全国百强县、合肥市战略性新兴产业基地,各行业发展十分迅猛,用电力需求量连年攀升,第二是近年来某县变电站建设速度较为迟缓,电网投资精准度较差等问题,根据近几年某县各产业产值增长速度,未来几年某县电网仍旧面临着这些问题。本文首先对