【摘 要】
：
规模化储能系统是提高电力资源合理高效利用的有效工具。钠离子电池具有丰度高、分布广、成本低的资源优势,是应用于规模化储能系统的优良选择。本论文以满足规模化储能应用为出发点,针对性能稳定、安全性高、资源丰富的钠离子电池嵌入型负极材料,按从优化现有材料到开发新型材料的思路展开,分别采用形貌设计、电位调控策略,对NASICON型NaTi2（PO4）3（NTP）材料进行优化改性,并进一步开发原料廉价、制备简
论文部分内容阅读
规模化储能系统是提高电力资源合理高效利用的有效工具。钠离子电池具有丰度高、分布广、成本低的资源优势,是应用于规模化储能系统的优良选择。本论文以满足规模化储能应用为出发点,针对性能稳定、安全性高、资源丰富的钠离子电池嵌入型负极材料,按从优化现有材料到开发新型材料的思路展开,分别采用形貌设计、电位调控策略,对NASICON型NaTi2（PO4）3（NTP）材料进行优化改性,并进一步开发原料廉价、制备简单的新型锰基层状负极材料Na2Mn3O7,同时,基于Na2Mn3O7的独特结构拓展出一种实现层状材料非金属元素掺杂的空位诱导策略以提高层状材料的结构稳定性和电化学性能。具体研究内容如下:1.基于Ostwald熟化理论,采用固相Ti源,通过一种简单易行、一步合成的无模板-胶体水热法制备了具有开放式核壳结构的NaTi2（PO4）3（ys-NTP）负极材料。ys-NTP具有均匀一致的立方体形貌,尺寸约为1μm,由一个大小约为700nm的内核和厚度约为50nm的开放式外壳组成。得益于开放式核壳结构对Na+传输效率的提升以及在熟化过程中所得到的高结晶度,ys-NTP表现出优异的电化学性能。并且,以Ni[Fe（CN）6]PBA为正极、以ys-NTP为负极所组装成的钠离子全电池也展现出良好的电池性能,具备应用于规模化储能的潜力。2.针对NaTi2（PO4）3作为水系钠离子电池负极材料还原电位偏低,易与电解液析氢分解电位重叠产生析氢的问题,提出电位调控策略,以氧化还原电对取代的方式制备了Na1.5Ti1.5Fe0.5（PO4）3（NTFP）负极材料,抑制了水系钠离子电池充电过程中负极的析氢问题。在Fe3+/Fe2+和Ti4+/Ti3+氧化还原电对的协同反应下,NTFP表现出-0.721 V vs.Ag/Ag Cl的还原工作电位,避免了与电解液还原分解电位（-0.817 V）的重叠。与Na0.66Mn0.66Ti0.34O2正极材料匹配组装成的水系钠离子电池全电池表现出接近100%的充放电库伦效率,并在2C倍率下表现出105 m Ah·g-1的放电比容量和高达300次的稳定循环,是一种极其适宜于规模化储能的高稳定、高安全的电池体系。3.采用资源丰富、分布广泛、价格低廉的Mn为活性元素,通过简单的固相烧结法制备了一种新型Mn基层状嵌入型钠离子电池负极材料Na2Mn3O7,其充放电过程对应于Mn4+/Mn3+的氧化还原反应,放电比容量高达157.9 m Ah·g-1。Na2Mn3O7的晶体结构属于三斜晶系P-1空间群,具有由Mn O6八面体围成的Mn6环单元排列而成的独特蜂巢状过渡金属（TM）层。另外,以Na2Mn3O7为负极、Na2/3Ni1/3Mn1/3Ti1/3O2为正极匹配组装成的新型双锰基钠离子全电池也表现出良好的电池性能。4.为进一步优化新型材料Na2Mn3O7的储钠性能,基于其独特的蜂巢状TM层结构进一步拓展,提出空位诱导策略,实现了非金属元素B在Na2Mn3O7结构中TM层的掺杂。通过在结构中引入Na空位,降低了B在TM层键合的结合能。B成功地掺杂到材料的TM层中并在Mn空位处键合,并对临近的Mn-O键和Na原子产生相互作用,造成晶体结构畸变。B在TM层的键合降低了Mn-O键的共价性、O原子的氧化活性以及Na+在结构中扩散势垒,从而显著提高了材料的循环稳定性及倍率性能。空位诱导策略为层状电极材料的优化改性提供了一种新的设计思路。
其他文献
病毒工具的快速发展丰富了用于包括运动神经元疾病在内的多种临床疑难杂症的基因治疗手段。运动神经元疾病是一系列以上运动神经元和下运动神经元进行性病变为主的神经退行性疾病,随之产生复杂的运动机能障碍,严重的往往会危及生命。随着该疾病相关基因靶点的不断揭示,利用腺相关病毒（recombinant Adeno-Associated Virus,rAAV）对运动神经元疾病进行的基因治疗已初见成效,但受限于rA
多溴二苯醚（Polybrominated diphenyl ethers,PBDEs）曾作为最主要的阻燃剂之一,被广泛添加于塑料、纺织物及电子器件中。然而,在上述产品中PBDEs仅以添加型阻燃剂的形式存在,在产品生产使用及回收过程中不可避免地会逸散于外界环境,造成环境污染。随着PBDEs环境持久性、生物毒性及生物累积性等问题的逐步披露,PBDEs的降解处理受到了广泛关注。目前化学降解PBDEs的主
静电加速度计在卫星重力测量、空间等效原理检验以及空间引力波探测等空间科学项目中有着广泛的应用。静电加速度计是基于电容位移传感技术和静电反馈控制技术而研制出来的,具有高分辨率、小量程以及六自由度同时测量的特点。为了在地面验证加速度计的工作状态和性能指标,必须克服地面重力加速度的效应以及包括地面振动在内的各种环境噪声的影响。高压悬浮方案是除悬丝悬挂和自由落体之外的又一种地面测试方案,相比于其他两种方案
在提高聚碳酸亚丙酯[Poly（propylene carbonate）,PPC]的力学和耐热性能的同时,赋予其功能性是拓展PPC应用领域的重要研究方向。填充功能性填料是高分子材料改性的有效方法,然而PPC-填料间的弱界面相互作用导致填料团聚,其功能性难以充分发挥。围绕上述问题,本论文以碳化硅微米线（SiC）和石墨烯为研究对象,通过拉伸诱导取向、构建隔离结构（segregated structure
原子层沉积是一种基于表面自限制反应的“自下而上”的高精度气相沉积技术。与其他薄膜沉积技术相比,其具有独特的自限制饱和化学吸附反应机理,因而具备亚纳米精度的薄膜厚度可控性、大面积均匀性和高深宽比结构的保形性等优点。近年来,在催化剂、能源、微电子、光学等多种领域都引起了研究者的广泛兴趣。随着原子层沉积技术的发展,能够实现材料在特定表面生长的选择性原子层沉积技术逐渐成为这一领域的研究重点。本论文发展了一
嵌段共聚物自组装是构建功能材料的一种重要途径,通过自组装形成的有序结构在信息存储、药物控释、光子晶体等领域都有重要的应用,因此受到人们越来越多的关注。嵌段共聚物材料的性能不仅取决于本身的化学组成,更与其排列方式、有序程度、各向异性等参数息息相关。目前,基于嵌段共聚物自组装构建的光子晶体还缺乏系统的研究,其材料结构较为单一且光学性能的调控受到限制。因此,设计构建具有新颖结构与形貌的嵌段共聚物光子晶体
乙烯,作为世界上拥有最大产量的化学产品之一,其产品占所有石化产品的75%以上,乙烯工业也是石油化工产业的核心,且其全球需求每年都显著增加。但是,目前乙烯的生产工艺存在着能耗高、排放重、转换率低和选择性差等难以克服的技术困难。因此,开辟一条绿色、高效的乙烯生产技术路线具有重大的意义。固体氧化物燃料电池（SOFC）是将碳氢化合物的化学能高效、环境友好地转化为电能的电化学装置。当乙烷燃料在质子导体SOF
超快现象是指发生在飞秒或皮秒时间尺度的物理化学过程,如激光驱动冲击波加载过程、超快化学反应过程等。由于超快现象通常具有不可重复性且发生在极短时间内,因此要求能够对超快动态过程进行单脉冲测量且时间分辨率能够达到皮秒或亚皮秒量级,对测量技术与方法提出了巨大挑战。啁啾脉冲频域干涉仪（CPSI）利用频率与时间的线性对应关系,可以将光谱维度测量结果直接映射到时间维度,进而实现超快动态过程的单脉冲测量。本学位
采用高性能复合材料进行精密制造已经成为航天航空、国防等领域高端装备发展的重要方向。在SiCp/Al复合材料微细铣削过程中,由于切削尺度较小,该材料微观组织结构不能忽略,刀具与陶瓷颗粒增强相、金属基体以及界面层切触情况复杂,切削变形区中增强颗粒损伤模式难以判定,给SiCp/Al复合材料微细铣削过程切削力、刀具磨损精确建模带来了挑战。此外,切削区域存在大量的高硬度陶瓷颗粒使得该材料的可切削性较差,需要
现代工业在高速发展的同时也对环境保护带来了极大的挑战。机动车尾气和工业废气是大气污染的主要来源。污染源中的CO是一种易燃且对人体健康有着巨大危害的气体,长时间的接触会导致人中毒死亡。机动车中因燃料不完全燃烧产生的CO需在尾气净化系统中被直接氧化为CO2,实现消除;对于工业上或者燃料电池中甲醇、天然气重整制氢时产生的CO（含量大于10%）,通常先使用水煤气变换（WGS）反应将CO浓度降至1%以下,再