Na3V2O2(PO4)2F正极材料的制备及电化学性能的研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着社会的不断发展与进步,化石能源消耗日益增长,能源危机与环境问题日益严重,绿色环保和高能量密度的电化学储能装置受到了越来越多的关注。其中,二次电池因其简单高效的特点成为近年来发展的主流方向。

锂离子电池自商业化以来,便凭借其优异的电化学性能受到了广泛的关注。并且随着锂离子电池在便携式电子设备以及电动汽车领域中的广泛应用,极大削减了人们对化石燃料的依赖,进而有效缓解了环境污染问题。但由于锂元素分布不均且储量有限,成本较高,使得锂离子电池的进一步应用受到了极大的限制。同时,随着科技的不断进步,现代社会对储能装置的循环寿命、能量密度等方面要求越来越高,而当前商业化锂离子电池的能量密度已难以满足社会发展的需求。因此,开发新型的具备高能量密度、高功率密度且造价低廉的碱金属离子电池体系已成为必要的研究趋势。

金属锂、钠、钾在元素周期表中位于同一主族,均为碱金属。在关注锂离子电池的同时,人们还将目光投向了钠离子和钾离子电池。这两类电池的工作原理和锂离子电池相似,都是通过钠离子和钾离子在两个电极之间穿梭并在正负电极上嵌入和脱嵌进行可逆的电化学储能的。与锂相比,金属钠(1166 mah/g)和金属钾(685 mah/g)作为电池电极时的理论容量要小于金属锂的理论容量(3861 mah/g)。但是,金属钠和金属钾在地壳中的含量大约是金属锂的一千倍,成本低廉,且来源易得。因此,我们可以充分利用其价格低廉和资源丰富的优点,将钠离子电池和钾离子电池应用于大规模储能领域。目前,已有许多研究者们对其进行了相关的研究并取得了一定的成果。

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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:通过水热合成法、喷雾干燥法等设计构筑na3v2o2(po4)2f纳米材料。

材料表征:对na3v2o2(po4)2f材料进行结构表征和电化学性能测试。通过xrd、tem、sem、xps、raman等手段对材料进行物相、形貌、元素状态等进行表征。并且在不同的电解液体系中,采用循环伏安(cv)、恒流充放电(et)等电化学测试技术对其电化学性能进行系统评估。

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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4-6周:按照设计方案,制备na3v2o2(po4)2f材料。

第7-10周:利用xrd(x射线衍射)、sem(扫描电子显微镜)、透射电子显微镜(tem)、x射线光电子能谱(xps)、拉曼光谱(raman)等手段对材料的物相、形貌、元素状态等进行表征,并进行相关的电化学性能测试;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]malillos s, paula, highvoltage cathodes for na-ion batteries: na3v2o2x(po4)2f3-2x system [j]. international journal of cancer, 2014, 56: 269-274.

[2]jin h, dong j, uchaker e,et al. three dimensional architecture of carbon wrapped multilayer na3v2o2(po4)2fnanocubes embedded in graphene for improved sodium ion batteries [j]. journalof materials chemistry a, 2015, 3: 17563-17568.

[3]yin y, xiong f, pei c, etal. robust three-dimensional graphene skeleton encapsulated na3v2o2(po4)2fnanoparticles as a high-rate and long-life cathode of sodium-ion batteries [j].nano energy, 2017, 41: 452-459.

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