软碳负极材料的制备及其储钾性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着经济社会的发展,人类的能源消耗量日益增长,能源短缺问题逐渐成为威胁人类生存的主要问题,人类正积极利用可再生能源替代传统能源。然而,可再生能源利用效率低,可靠性较差,容易受到地域性、季节性的影响,因此实现能量的储存和高效的转换已成为当务之急。目前可再生能源借入电网通常需要加入中间储能转换装置,其中电池储能由于比容量大、工作电压高、循环稳定性好被认为是最可靠的储能技术。近年来,锂电池凭着能量密度高、放电平台高、稳定性好、体积小、质量轻等优点已得到了广泛应用。但是地壳中锂含量只有0.0065%,且锂资源分布严重不均匀,70%的锂集中在南美地区,开发“非锂”电池以保证能源安全已尤为重要。钾与锂处于同一主族,并且钾资源在地壳中含量较高且分布广泛,因此开发钾离子电池成为新的选择。

钾离子电池是在锂离子电池和钠离子电池的基础上发展起来的新型电化学的储能体系,主要由正极、负极、隔膜和电解液四部分组成。其工作机理和锂离子电池、钠离子电池的工作机理相似,都是基于m. armand提出的“摇椅式电池”(rocking chair)模型。

石墨成功应用到锂离子电池的商业化负极,但是由于钾离子尺寸较大,在嵌入石墨的过程中可引起60%的体积膨胀,导致钾离子电池的在石墨负极中的循环稳定性较差,随着电流密度的增加,容量衰减量也急剧增加。相比石墨负极,无定形碳的低密度和堆积无序性大大提高了钾离子电池的循环稳定性和倍率性能。无定形碳中碳粒无序的堆积形成很多密闭的孔,增强了材料本身抵抗应变的能力。典型的无定形碳主要分为软碳和硬碳,研究发现,在石墨、软碳和硬碳三种负极材料中,软碳具有最好的倍率性能。

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2. 研究的基本内容与方案


2.1 基本内容


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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4-8周:按照设计方案,制备不同烧结温度下的软碳负极材料。

第9-11周:采用xrd、sem、raman、充放电循环、cv、eis等测试技术对电极材料的物相、显微结构和电化学性能进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] jian z, bommier c,luo l, et al. insights on the mechanism of na-ion storage in soft carbonanode[j]. chemistry of materials, 2017, 29(5):2314-2320.

[2] jian z, hwang s,li z, et al. hard-soft composite carbon as a long-cycling and high-rate anodefor potassium-ion batteries[j]. advanced functional materials, 2017:1700324.

[3] yunsong w, zhipengw, yijun c, et al. hyperporous sponge interconnected by hierarchical carbonnanotubes as a high-performance potassium-ion battery anode[j]. advancedmaterials, 2018: 1802074.

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