水系锌离子电池正极材料锶钒氧纳米线的合成控制与电化学性能优化开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

能源和环境是当今人类生存与社会发展必须应对的两个重大问题,资源的短缺和环保的迫切需求, 促使人们大力发展绿色环保的高比能量新型电池体系。在使用过程中,锂离子电池因存在很大的安全问题,限制了其在大型储能领域的应用。而水系可充电锌电池(arzibs),因具有价格低廉、安全性高、无环境污染和功率高的优点,成为了理想的绿色电池体系。

到目前为止,报道最多的arzibs正极材料有锰基材料和钒基材料两种,猛基材料具有不同的晶体结构,并且锰具有多种不同的价态。研究表明,用于arzibs的锰基材料的电化学性能很大程度上取决于其晶体结构的稳定性。常见的锰基材料有α-mno2、β-mno2、尖晶石mno2等。与锰基材料相比,用于arzibs正极的钒基材料具有两个关键优势:结构的稳定性和价态的多样性。钒氧化物具有多种氧化价态、配位多面体,其晶体结构种类丰富,主要以[vo6]八面体构成,[vo4]四面体较少。其中八面体普遍以共棱和共角(极少数共面)堆积形成二维的层状结构,其层状结构具有1或2个八面体厚度,这些具有长v-o键和v=o键的八面体和四方锥可构成多种多样的钒氧化物层状结构,而zn2 可以在层间实现可逆脱嵌。常见的钒基材料有钒氧化物v2o5、v6o13等,其他被报导可作锌离子正极材料的有普鲁士蓝类似物等。

2016 年,dipan kundu等[1]合成了zn0.25v2o5#8226;nh2o正极材料。其基本结构可由vo6八面体、vo6三角双锥/四方锥和vo4四面体构成,层间由zn2 和h2o占据,该研究团队利用了xrd、xps、原位xrd等表征手段,研究了该正极材料在充放电过程中的变化。随着充放电的进行,zn2 在正极材料结构中发生脱嵌,钒的价态也同步地变化,而这一过程可通过上述钒氧多面体的局部配位关系变化得以完成,从而保持了整体结构的稳定性。此外,由于水分子的存在,降低了 zn2 对v2o5#8226;nh2o 结构的静电交互作用,从而 zn2 能够在层状结构中进行快速可逆脱嵌,因此电池具有优秀的倍率性能。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:通过水热法合成不同锶(sr)嵌入量的锶钒氧,并进行对比;

材料表征:对制备出的锶钒氧材料进行相关的结构与形貌表征:xrd,sem,xps等表征手段监测优化可控合成,并组装锌离子电池,利用循环伏安法(cv)、恒电流充放电、倍率性能测试、电化学交流阻抗法(eis)等方法研究该种材料的电化学性能,利用tem,xps,xrd以及原位xrd等手段对锶钒氧做锌离子电池正极材料的反应机制进行探究。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:按照设计方案,通过水热法制备锶钒氧纳米带材料,并通过调控反应原料和合成条件,控制合成的样品的微观形貌。

第8-10周:采用xrd、sem、raman等测试技术对材料的物相、显微结构进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)


[1] [1] kundu d,adams b d, duffort v, et al. a high-capacity and long-life aqueous rechargeablezinc battery using a metal oxide intercalation cathode[j]. nature energy, 2016,1, 16119: 1-8.


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