锌镍二次电池负极材料的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:mytony
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二十一世纪以来,环境和资源问题是世界各国关注的焦点。石油资源的逐步匮乏,未来社会将成为将一个以新能源发展战略为中心。因而,随着社会的发展,迫切需要一种无污染、安全性能高、生产成本低、能量密度高、功率大的新一代储能装置,来替代传统能源汽车使用的动力电池。锌镍电池是一种比能量高(5080Wh·kg-1)、比功率高(500 W·kg-1)、高工作电压(1.21.5 V)、开路电压高(1.75 V)、环保、无记忆效应的碱性蓄电池。但锌镍电池的负极,在充放电过程中会产生变形、枝晶、自腐蚀、钝化等问题,降低了电极的循环寿命,影响了锌镍电池的产业化发展。为此,本文针对锌负极存在的缺陷,开展了以下研究工作:制备了表面包覆Sn6O4(OH)4的氧化锌、锌铝水滑石(Zn-Al-hydrotalcites)、六边形锌酸钙(Ca(OH)2·2Zn(OH)2·2H2O)三种锌镍电池负极活性物质。利用扫描电子显微镜(SE)、X射线衍射(X-Ray Diffraction)、电化学阻抗谱(EIS)、能谱测试(EDS)、粒度分析、电化学阻抗谱、循环伏安特性曲线(CV)、极化曲线、恒流充放电测试等手段对所制备的材料进行表征与性能测试。采用水热-共沉淀法制备出氧化锌表面包覆Sn6O4(OH)4,研究发现在pH=12的条件下Sn6O4(OH)4能够附着在氧化锌颗粒表面,且晶体结构较好;氧化锌表面包覆Sn6O4(OH)4具有较好的可逆性,可以提高抗锌负极的耐蚀性能,降低内阻;发现锌电极覆Sn6O4(OH)4量为3%时,其电化学性能最佳,充放电性能较好,循环稳定性比传统氧化锌电极性能更为稳定。在0.2 C条件下进行充放电测试,经40次循环后放电容量为70%。采用水热法和共沉淀法分别合成锌铝水滑石负极材料,研究了两种制备方法制备的锌铝水滑石的形貌结构、粒度大小的差异。通过对材料的电化学测试,比较了两种方法制备的锌铝水滑石与氧化锌电极的差异,发现锌铝水滑石电极的内阻、循环伏安特性、电极容量、耐蚀性、循环稳定性均优于氧化锌,且水热法制备的水滑石更为突出;对制备的水滑石进行充放电测试,发现锌铝水滑石电极循环稳定,保持率较高,放电比容量较大。且发现水热法制备的锌铝水滑石电极在0.2 C充放电循环40次后循环保持率为81.4%。采用水热法制备出锌镍电池负极材料六边形锌酸钙。对制备的锌酸钙进行了物相分析,发现该方法制备的锌酸钙呈六边形结构,分散均匀,结晶度较好;对锌酸钙进行电极制备与测试,发现六边形锌酸钙的耐蚀性、可逆性、电极内阻均优于氧化锌电极;测试显示锌酸钙电极在0.2 C充放电循环40次后循环保持率为86.28%。通过对三种负极材料的研究发现,其性能均优于普通纯氧化锌。其中,经过40次循环后氧化锌表面包覆Sn6O4(OH)4的循环保持率仅为为70%,锌铝水滑石的(81.4%)低于锌酸钙的循环保持率(86.28%)。
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