【摘 要】
：
随着社会和科技的迅速发展,各种电子设备尤其是电动汽车对高性能二次电池的需求越来越大。目前市场上应用最为广泛的二次储能装置是锂离子电池,但受限于锂资源储量较低且价格逐年攀升,因而迫切需要找到好的替代品。由于与锂元素同主族的钾元素具有丰度高、成本低廉等优势,且钾离子电池的储能原理与锂离子电池类似,因此,钾离子电池被认为是极具应用前景的新型二次电池。但是,钾离子相对锂离子的半径更大且扩散速率慢,使得钾离
论文部分内容阅读
随着社会和科技的迅速发展,各种电子设备尤其是电动汽车对高性能二次电池的需求越来越大。目前市场上应用最为广泛的二次储能装置是锂离子电池,但受限于锂资源储量较低且价格逐年攀升,因而迫切需要找到好的替代品。由于与锂元素同主族的钾元素具有丰度高、成本低廉等优势,且钾离子电池的储能原理与锂离子电池类似,因此,钾离子电池被认为是极具应用前景的新型二次电池。但是,钾离子相对锂离子的半径更大且扩散速率慢,使得钾离子在如传统的石墨负极等电极材料中的脱嵌变得困难,且会导致电极发生大的体积膨胀,产生结构破碎,进而使得电池的储钾容量低、倍率性能差以及循环寿命短,因此如何制备具有高效K+可逆脱嵌的电极材料是钾离子电池发展亟需解决的重要科学问题。在众多的钾离子电池负极材料中,由金属有机框架（MOFs）衍生的多孔碳材料由于具有丰富的储能活性位点、良好的结构稳定性和较短的离子迁移通道,表现出出色的电化学钾离子存储性能。然而,由单一MOFs衍生多孔碳无法完全满足电极所需的性能要求,例如相同碳化条件下,含Ni/Co的MOFs衍生多孔碳的石墨化程度更高,往往具有更高的电子电导率和循环稳定性,而有机配体含N的MOFs（如ZIFs等）可得到N掺杂多孔碳,拥有更高的钾离子存储能力但差的导电性和稳定性。通过构筑MOF@ZIF核壳结构,以兼备两种不同MOFs衍生多孔碳的优势,实现材料性能的优化,是一种可取的策略。鉴于此,本论文采用一种简便的合成策略,成功制备了从三维颗粒到二维纳米片和一维纳米线的MOF@ZIF核壳结构材料。接着,对这些MOF@ZIF核壳结构材料进行简单的高温碳化处理,得到MOF衍生的核壳结构多孔碳,由于能够同时兼顾芯部含Ni/Co的MOFs衍生多孔碳与壳层ZIFs衍生多孔碳的优势,具有快速的电荷传输通道、大量的钾离子存储活性位点及良好的结构稳定性等特点,再加上核壳结构诱导的协同效应,该核壳结构多孔碳可用作高效的电化学钾离子存储负极材料,表现出高的比容量、优异倍率性能和循环性能。主要研究内容与结果如下:（1）以三维Ni-MOF-74和Ui O-66颗粒为芯部MOFs,将其置于2-甲基咪唑溶液中,再加入金属盐溶液,通过控制反应时间和配体浓度,使得ZIF-8和ZIF-67在芯部MOFs表面优先形核生长,最终成功制备出三维Ni-MOF-74@ZIF-8、Ni-MOF-74@ZIF-67、Ui O-66@ZIF-8及Ui O-66@ZIF-67核壳结构颗粒。（2）与上述三维核壳结构颗粒的合成类似,以二维Zn Co-TCPP纳米片、一维Ce-BTC纳米线和一维Zn Co-MOF-74纳米线为芯部MOFs,将其置于2-甲基咪唑溶液中,加入金属锌盐和钴盐溶液后,通过控制反应时间和配体浓度,使得ZIF-8和ZIF-67在芯部MOFs的表面形核生长,得到了二维Zn Co-TCPP@ZIF-8和Zn Co-TCPP@ZIF-67核壳结构纳米片、一维Ce-BTC@ZIF-8、Ce-BTC@ZIF-67、Zn Co-MOF-74@ZIF-8和Zn Co-MOF-74@ZIF-67核壳结构纳米线。（3）以三维Ni-MOF-74@ZIF-8核壳结构颗粒、二维Zn Co-TCPP@ZIF-8核壳结构纳米片、一维Zn Co-MOF-74@ZIF-8核壳结构纳米线和参照组材料（ZIF-8实心颗粒、Ni-MOF-74纳米颗粒、Zn Co-TCPP纳米片、Zn Co-MOF-74纳米线）为前驱体,在900°C高温碳化2 h,制备了具有核壳结构的各类多孔碳材料,包括三维Ni-MOF-74@ZIF-8-C纳米颗粒、二维Zn Co-TCPP@ZIF-8-C纳米片、一维Zn Co-MOF-74@ZIF-8-C纳米线和参照组ZIF-8-C纳米颗粒、Ni-MOF-74-C纳米颗粒、Zn Co-TCPP-C纳米片、Zn Co-MOF-74-C纳米线,并对它们的电化学储钾性能进行了细致系统的研究。研究结果表明,一维Zn Co-MOF-74@ZIF-8核壳材料衍生的Zn Co-MOF-74@ZIF-8-C多孔碳纳米线由于其独特的纳米线核壳结构,表现出最好的钾离子存储性能。在0.05 A g-1的电流密度下,可实现523.2 m Ah g-1的可逆比容量,即使电流密度高达3 A g-1时,也保留138.3 m Ah g-1的比容量;此外,在1 A g-1的电流密度下,进行2000次循环后,仍可保留初始比容量的80.7%。
其他文献
随着微型化器件的出现,高密度微型器件的散热冷却问题的解决是设备性能及工作寿命的保障。传统的换热器温度分布不均匀,流动存在死角,探索新的微尺度换热模式势在必行。因此,本文在前人的基础上提出一种用于冷热流体交换的微管换热器,即冷热管群水平置于充满介质水的封闭圆腔内进行换热。首先探究圆腔内冷热管管间距、排列方式、瑞利数对管群外自然对流强度的影响。结果表明,在不同的管间距下,管群的自然对流换热效果有差异性
因全球气候变化异常和化石燃料的过度使用而造成的环境污染已经对人类社会的发展产生了严重的影响。燃料电池作为一种高效环保的能源转换装置,可以有效提升能源使用效率并减少环境污染,因此,受到了人们的特别关注。阴极氧还原反应（ORR）的缓慢动力学过程是质子交换膜燃料电池（PEMFCs）研究的主要瓶颈之一,商业化应用中一般采用Pt基催化剂来提升阴极缓慢的动力学反应速率;然而Pt基催化剂价格高昂、稳定性和抗甲醇
随着自动控制技术、计算机技术的发展,汽车的智能化水平愈来愈高,由于广袤前景和新颖性,其成为了研究和关注的热点。其中主动换道是智能汽车研究的重点领域之一。研究汽车主动换道有助于解决交通拥堵和提高交通安全性。但是目前对智能汽车换道的研究大多集中在一些低速或者条件良好的工况,而智能汽车作为交通工具避免不了一些高速或者较湿滑路面的行驶。毫无疑问,车辆在湿滑路面上进行高速行驶时其结构参数会发生变化,其中和轮
泛素-蛋白酶体系统是生物体当中降解以及修饰蛋白质的重要系统,与生物体的生长发育息息相关。泛素-蛋白酶体系统由泛素分子、泛素活化酶E1、泛素结合酶E2、泛素连接酶E3、蛋白酶体及其底物构成,能够完成对底物泛素化的修饰,其中E3决定了被修饰底物的特异性。CUL4-DDB1复合物（CRL4）是近年来研究较多的一类E3泛素连接酶。DDB1作为CUL4泛素连接酶的核心组件参与细胞内许多重要的生命活动。前期研
锂硫电池因为超高的理论比容量(1675 m Ah g-1)和理论能量密度(2600 Wh kg-1)受到了广泛地关注,被认为是最具有发展前景的下一代高比能储能电池之一。但是迄今为止,锂硫电池还没能够得到大规模商业化应用。究其原因是因为锂硫电池本身还存在一些问题有待解决,例如单质硫和硫化锂的低电导率,电极在充放电过程中巨大的体积变化以及中间产物多硫化物的“穿梭效应”等。这些问题导致锂硫电池的活性物质
近年来,随着国家倡导由传统的建设方式向环保、集约的现代化建设方式转变后,装配式混凝土结构得到了迅速发展与应用,但其存在着一些问题:构件自重大,吊装次数多;接头工作量多,工序复杂,梁-柱节点施工时常出现钢筋碰撞现象;需要支模拆模,浪费大量人力物力。为了解决上述问题,本文提出了一种由空心楼板、宽扁梁和预制柱组成的叠合厚空心板装配式混凝土框架结构。作为所提出的结构的主要构件,宽扁梁在承受竖向荷载作用产生
在能源短缺和环境污染的背景下,汽车工业的发展趋向于节能和减排,各种类型的新能源汽车应运而生,其中插电式混合动力汽车由于兼顾纯电动车无污染和传统燃油车长续驶里程的特点受到广泛研究,而如何合理地分配两种动力源是提高整车燃油经济性的关键。本文以某款插电式混合动力汽车为研究对象,以提高整车燃油经济性为目标,制定了将未来车速预测方法和等效燃油消耗最小策略结合的能量管理策略。具体研究内容如下:（1）根据某款插
精准农业是农业未来的发展方向,无人驾驶拖拉机已逐渐成为近年来科学技术研究的热点,所装备的自动导航技术是精准农业发展的重要载体,其中路径规划技术是拖拉机自动导航技术的关键组成之一。良好的田间作业路径规划可减少无效作业消耗,对实现作业地块全覆盖、实时避障具有重要意义。首先,本文选用GPS/BDS实际测量采集地块顶点坐标信息,进行二维建模。分析五种农机行走方式优缺点,选用梭形法作为拖拉机行走方式,比较最
低速大转矩电主轴永磁同步电动机将主轴与主轴电机融为一体,消除了传动系统,实现了电机的直接驱动,减少了能源的消耗与设备的制造成本及维护费用,现己广泛应用于各工业领域中,成为了电机领域的研究热点之一,具有较高的科学意义和实用价值。但是现有的电机中还存在影响电机性能的问题,在低速大转矩电主轴表贴式永磁同步电机中,为了保证电机输出转矩的稳定和加工精度,需要对电机转矩脉动进行抑制。此外由于低速大转矩电主轴永
驾驶过程中因为情绪波动过大而造成的驾驶状态失常现象,如路怒症等,是导致道路交通事故的重要因素之一,甚至可能造成严重的人员伤亡。近年来,随着交通的发展与科技水平的提高,驾车出行成为人们日常生活中密不可分的一部分。因此,对于驾驶员情绪的检测与预警工作成为研究者们关注的热点。现有的情绪波动识别检测工作主要基于视觉和生物信号的检测手段。然而,基于视觉的方法具有视觉阻塞或失真问题,基于生物信号的方法具有侵入