一维磷化钴纳米线的构筑设计及其储钠机制的研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

在我们的日常生活中,锂离子电池广泛应用在便携式电子设备、电动汽车等领域,与其他类型的能源存储装置相比,锂离子电池有较高的能量密度、没有记忆效应和较长的循环特性等优点,但是,由于地球上锂资源的短缺与日益上涨的价格,因此开发高功率、低成本的钠离子电池体系是目前极具前景的研究向。

钠离子与锂离子同属于第一主族,具有相似的物理化学性质。但是,由于钠离子的离子半径是锂离子的 1.43 倍,导致钠离子在进行可逆脱嵌的时候更容易破坏电池材料的结构和更慢的离子扩散速率,除此之外,还会导致结构的坍塌,循环稳定性下降。因此,较慢的离子扩散速率和较大的体积膨胀导致一般的钠离子电池负极材料具有比较差的倍率性能和循环稳定性,限制了其在大规模能源存储装置的应用。

近年来,纳米材料因为其能提供很大的比表面积、纳米材料的小尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等一系列优异特性而在电化学领域得到了广泛的关注。在全球范围内,纳米材料的年产值已经达到 500 亿美元,意味着纳米材料在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。电极材料纳米化可以增大电极材料与电解质的接触面积,缩短离子的扩散距离,进而展现优异的倍率性能。同时,纳米结构有助于应力释放,保持结构的稳定性,进一步得到更优异的循环寿命。

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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:通过水热合成法合成 co-ntc 前驱体,通过煅烧的方法合成 cop;

材料表征:对磷化钴材料进行结构表征和电化学性能测试,通过 xrd、n2吸/脱附、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 1-3 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:按照设计方案开展实验,利用水热和煅烧法制备一维磷化钴纳米线结构,并通过采取控制变量的方法,在保证其他条件完全相同的条件下,通过调控煅烧时间和磷源比例以获得最佳的一维纳米线结构。并采取非原位 xrd、sem、bet、raman 等先进表征技术来确定该结构的形貌特征、化学组成、物相以及结构等基本性质。

第 7-9 周:将已制备得到的形貌均一的磷化钴纳米线电极材料组装成为钠离子电池,利用循环伏安、恒定电流充放电、交流阻抗等测试该电极材料的长循环倍率等性能,并研究分析磷化钴纳米线电极结构与电化学性能之间的相关性。及时总结实验数据并与导师沟通。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] augustyn, v., simon, p. amp; dunn, b. pseudocapacitive oxide materials for high-rate electrochemical energy storage[j]. energy amp; environmental science, 2014,7:1597.

[2] stevens d a, dahn j r. high capacity anode materials for rechargeable sodium‐ion batteries[j]. journal of the electrochemical society, 2000, 147(4):1271-1273.

[3] chen,z.et al. high-performance sodium-ion pseudocapacitors based on hierarchically porous nanowire composites[j]. acs nano, 2012, 6:4319-4327.

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