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分子筛型磷酸铝基钠离子导体的合成和导电性研究任务书

 2020-06-03 09:06  

1. 毕业设计(论文)的内容和要求

钠离子电池在20世纪70年代末80年代初得到关注,但因锂离子电池优异的电化学性能而没有得到广泛研究。随着电动汽车、智能电网时代的到来,锂资源短缺将成为制约其发展的重要因素。因此,亟需发展下一代综合性能优异的储能电池体系。钠和锂属于同一主族,具有相似的物化性质。此外,相比锂资源而言,全球钠储量十分丰富,分布广泛、提炼简单,使得是非常有发展潜力的电池体系,近年来得到了国内外研究人员的广泛关注.#160;钠离子电池和锂离子电池的工作原理类似,正负极由两种不同的钠离子嵌入化合物组成。充电时,钠离子从电池的正极经过电解质嵌入负极,同时电子的补偿电荷经过外电路供给负极,保证正负极电荷平衡。放电则是个相反的过程,钠离子从负极脱嵌,经过电解质,然后嵌入正极。在正常的充放电过程下,钠离子在正负极之间的嵌入脱嵌是不破坏电极材料的基本化学结构。从充放电可逆性看,钠离子电池反应是一种理想的可逆反应。但是现在钠离子电池中的电解质绝大多数依然是液态的,然而液态燃料电池常常出现电解质泄漏引起的安全隐患。因此,探究钠离子固态电解质对于大规模储能应用的钠离子电池技术发展至关重要。

固体电解质是电子绝缘体,且导电是通过离子运动实现的。固体电解质可以分为晶体电解质、非晶体电解质和聚合物电解质。 晶体电解质通常是大离子半径的金属离子形成的配位多面体连接形成的骨架结构。在这些骨架结构中存在大量的空位,所以迁移离子可以在多面体骨架中从一个位置迁移到另一个位置。但是也只有具有特殊晶体结构的电解质才能过在室温下拥有可以比拟液体电解质的离子电导,如rbag4i5室温下的银离子电导达到0.27 s#160;cm-1。 非晶电解质由于结构上没有类似晶体的长程有序性,原则上是不具备高的离子电导率的。但是部分非晶体材料仍然拥有高的离子电导率,如玻璃硫化物、0.7li2s#8729;0.3p2s5等在室温下电导率达到0.16 s#160;cm-1,从而成为理想的锂离子固态电解质。聚合物电解质,其链节单元中含有可解离性的离子基团。这类固态电解质的离子迁移和晶体内离子在骨架内运动是不一样的,其只要是依靠聚合物的链段运动从而实现离子迁移。比如依靠分子链运动实现离子在聚合物内的迁移。

本论文的结合前期的文献调研,选择了一种稳定的磷酸铝骨架材料cjb-2,#160;为负三价的阴离子骨架。其孔道中含有平衡阳离子--质子化的有机阳离子。本论文工作希望借助阴离子骨架结构的长程有序的特征,将孔道中的平衡阳离子通过离子交换的方法替换为na离子。由于框架内的离子导电主要是通过离子在框架内的位置跃迁引起的,而离子迁移的驱动力则是某些离子平衡位置上或者平衡位置周边存在着一定量的空位于离子平衡位置之间的化学势。长程有序的骨架中的缺陷将是交换后材料离子迁移的驱动力。其次,cjb-2负三价的阴离子骨架对应着三当量的na离子,相比于其他框架化合物而言提高了孔道中载流子的浓度。

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2. 参考文献

[1]. bruce peter g. solid state electrochemistry. 1999

[2]. kharton vladislav v. solid state electrochemistry, 1, 2009.

[3]. garcia c., franco j. i., lopez tonazzi j. c., walsoe de reca n. e. conductivity behavior of rbag4i5#160;, solid state ionics, 1983, 9-10, part 2: 1233-1236

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3. 毕业设计(论文)进程安排

2016、12-2017、03 #160;查阅文献,写开题报告,翻译英文文献。

2017、03-2017、05 #160;准备药品,实施实验。

2017、05-2017、06 #160;对实验结果进行分析讨论,书写论文,完成答辩。

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