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不同晶型二氧化锰材料制备及在水系锌离子电池中的应用研究开题报告

 2022-01-12 10:01  

全文总字数:1823字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

在二次电池中, 主要以无水有机溶液为电解液, 具有较宽的电位窗口, 通常能够实现较高的能量密度。并且在不破坏电极材料晶体结构的情况下, 离子能够在电极活性材料中进行可逆的脱嵌。因此, 锂离子电池和钠离子电池比铅酸电池和镍氢电池的循环性能更好。但是, 有机溶剂通常有毒且易燃, 因 此在使用过程中, 电池存在很大的安全问题。电池必须在无水环境中制作的苛刻条件使其生产成本增高, 这些因素限制了其在大型储能领域的应用。用水系电解液代替有机电解液的电池体系, 有望进一步降 低电池生产成本, 提高安全性。

水系电解液的离子电导率比有机电解液高2个数量级, 因而水系电池通常且有更高的功率密度, 且易制取和成本低。目前研究的水系锂离子电池, 质子在电解液中能够稳定存在的电位窗口较窄, 充放电过程中有很多的副反应, 如质子和离子的共嵌入反应等, 且电极材料在水中易溶解, 金属锂的 资源有限, 价格昂贵, 这些因素限制了水系锂离子 电池的发展。锌具有低平衡电位和氢反应的高过电位, 是可以从水溶液中高效还原的所有元素中标 准电位低的元素。在水溶液里能够稳定的金属元 素中, 锌的能量也是高的。同时, 金属锌具有资源 丰富、低毒性以及易处理等优点。因此价格低廉、安全性高、无环境污染和高功率的二次锌离子水系电池是理想的绿色电池体系。

国内外研究现状

锌基电池主要应用在一次电池领域, 使用后存在回收处理等问题, 这造成了很大的资源浪费和环境污染。如果能将这种用量巨大的一次电池变为能 够产业化的二次电池, 锌基电池产业将更加符合当前的能源高效利用和环境保护政策。

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2. 研究的基本内容

采用各种方法如水热法等制备ε-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2等晶型的二氧化锰材料,并对其进行晶格测试、形貌测试、XRD衍射、扫描电镜等进行物化表征,确定其形貌结构,并通过组装电池进行电化学表征,通过一系列测试如循环伏安、充放电性能测试等,确定电化学性能,制作充放电比容量更大、电化学性能更好的电池。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

  1. 采用水热法、微乳法和前驱体法制备β、γ、ε-MnO2
  2. 将制得的二氧化锰与ACB、PVDF在NMP溶液中混合均匀并涂膜制得正极极片
  3. 将正极极片装进电池并测试电化学性能
预期得到充放电比容量较高,电化学性能较好的水系锌-二氧化锰电池。

4. 参考文献

[1]陈丽能,晏梦雨,梅志文,麦立强.水系锌离子电池的研究进展[J].无机材料学报,2017,32(03):225-234.

[2]夏熙.二氧化锰及相关锰氧化物的晶体结构、制备及放电性能(1)[J].电池,2004(06):411-414.

[3]夏熙.二氧化锰及相关锰氧化物的晶体结构、制备及放电性能(2)[J].电池,2005(01):27-30.

[4]夏熙.二氧化锰及相关锰氧化物的晶体结构、制备及放电性能(3)[J].电池,2005(02):105-108.

[5]夏熙.二氧化锰及相关锰氧化物的晶体结构、制备及放电性能(4)[J].电池,2005(03):199-203.

[6]夏熙.二氧化锰及相关锰氧化物的晶体结构、制备及放电性能(5)[J].电池,2005(05):362-363.

[7]宋静丽. 水系二次电池锰酸钠正极的制备及性能的研究[D].北京化工大学,2016.

[8]胡岩. λ-MnO_2的制备及在二次锌锰电池和氧电极催化中的应用[D].北京化工大学,2015.

[9]曹雅哲. MnO_2/C复合电极的制备及其析氧化性能研究[D].东北大学,2010.

[10]赵越. 不同形貌的二氧化锰纳米材料的制备及研究[D].吉林大学,2016.

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