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一维Sb2S3@SiO2纳米结构负极材料的制备及其电化学性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

近年来,人类过度使用化石能源引起的能源与环境危机严重影响了人类社会的可持续发展,解决这一矛盾重要途径是使用太阳能、风能、潮汐能等清洁可再生能源。可再生能源存在间歇性和随机性特点,需要高效的储能设备。电化学储能具有方便、高效等优点,被认为是一种较理想的储能方式。近年来,我国对电化学储能方式进行了大量示范应用,所涉及的电池体系有锂离子电池、液流电池、铅酸电池等,锂离子电池因其寿命长、能量效率高,较其它电池体系更显优势。

锂离子电池不仅具有体积能量密度大、输出电压高、循环寿命长等优点,还具有自放电小、无记忆效应、绿色环保等特点。这极大地弥补了铅酸电池、镍镉电池等传统电池的不足。但是随着电动汽车等领域的飞速发展,传统的锂离子电池由于许多限制因素而逐渐无法适应发展的需求。常用的方法就是寻找新型的电极材料通过电池容量的提升来提升其能量密度。锂离子电池面临的另一个问题是锂元素在地壳中的储量偏低,因此新一代二次可充电电池的另一方向是寻找新型二次电池。钠与锂元素同属于第一主族,具有相似的化学性质并且储量丰富,所以钠离子电池被认为是传统锂离子电池很好的替代者。决定电池性能优劣的关键在于其负极材料,负极材料的发展决定着锂离子电池的发展。目前,电池负极材料主要有嵌入型材料(包括石墨化碳材料和无定型碳材料)、合金化材料和转换型材料等。当前锂离子电池常用的负极材料石墨由于其理论容量较低,制约了锂离子电池的发展。

而sb2s3因其较高的理论比容量可以用作锂离子电池有希望的负极材料。然而,纯sb2s3通常具有较差的循环性及实际比容量,这是因为当在用作电极锂离子电池时,li 吸收和释放过程中的体积膨胀极大。通常提高材料的性能可以通过在其表面包覆其它材料以对其进行增强,然而常规的包覆碳材料等方法来提高其循环效能和高容量效果不理想。而sio2作为具有高理论容量的材料,用其包覆sb2s3形成包覆结构(sb2s3@sio2)在一定程度上能够缓解其在电极反应时所发生的体积效应。具有一维线性纳米结构的sb2s3因其制备方法简单,且易于在其表面进行包覆,在电池负极材料应用广泛。通过对一维sb2s3纳米结构进行二氧化硅包覆,以实现对其电化学性能的提升。

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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:以氯化锑、l-半胱氨酸、九水硫化钠以及正硅酸乙酯为原料,通过水热法制备一维sb2s3@sio2纳米结构。

材料表征:对sb2s3@sio2材料进行结构表征和电化学性能测试,通过xrd、tem、sem等表征手段对其形貌结构及元素构成进行了分析,并采用循环伏安(cv)、恒流充放电(et)等电化学测试技术对其电化学性能进行了系统评估。

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3. 研究计划与安排

第1-4周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究方法、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第5-7周:按照设计方案,制备sb2s3@sio2纳米片材料。

第8-12周:采用xrd、sem、tem、cv等测试技术对材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 谭玉明, 侯清麟. 不同硫源对锂离子电池负极材料sb2s3的影响[j]. 湖南工业大学学报, 2017, (03): 58-62.

[2] 徐小虎, 白莲花. sb2s3纳米棒的制备及其储锂性能测试[j]. 广州化工, 2016, (08):1-3 20.

[3] 丁翔, 董芳. sb2s3纳米线合成和表征[j]. 陕西科技大学学报(自然科学版), 2012, (05): 34-37.

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