一、锌在石墨电极中嵌入性能的研究（论文文献综述）
董阳[1]（2021）在《非纯水体系电解液设计及可充锌电池应用》文中研究表明可充锌基电池（RZBs）由于具有资源丰富、成本低、安全性高等优势,在大规模储能领域受到广泛关注。电解液作为离子传输载体,是电池的主要组成部分之一,其理化性质、溶剂化结构等直接影响着RZBs的电化学行为。目前传统水系锌电池电解液普遍存在的电压窗口窄、析氢/析氧,锌负极枝晶生长、腐蚀/钝化,以及正极活性材料溶解等问题。这不仅会影响锌负极可逆性和稳定性,还会限制电池的输出电压和能量密度,降低可充锌电池的使用寿命。通过构建超高浓度水系电解液可以缓解以上问题,但是高盐浓度会降低电解液的电导率,提升粘度,增加成本,一定程度上限制了其应用范围。基于此,本论文从非纯水体系锌电池电解液角度出发,设计优化了几种有机电解液和有机-水杂化电解液体系,通过调控电解液的种类、组成、配比、溶剂化结构等关键参数,有效解决了传统水系锌电池电解液面临的以上科学问题,并揭示了锌负极和电解液之间的界面化学反应规律,阐明了几种正极材料（如石墨正极,聚阴离子化合物正极,以及钒氧化物正极等）在以上电解液体系中的微结构演变与电化学反应机理,进而构建新型高比能、长寿命的可充锌基电池体系。主要研究内容和结果如下:1.高电压有机电解液设计及可充锌-石墨电池。本章设计优化了一种由双（三氟甲基磺酰）亚胺锌（Zn（TFSI）2）和乙腈（AN）组成的非水体系高电压锌基电池电解液。优化后的Zn（TFSI）2/AN电解液具有高氧化/还原稳定性、良好的离子电导率(～28 m S cm-1)和低粘度（～0.4 m Pa·s）,使得Zn负极表面无枝晶生长,并且实现了良好的循环稳定性（超过1000 h）,且电解液中Zn2+沉积/析出库伦效率达到>99%。通过将该Zn（TFSI）2/AN电解液与锌负极、石墨正极相匹配,构建了一种新型可充锌-石墨电池体系,其平均放电电压高达2.2 V,具有高能量/功率密度(4400 W kg-1时为86.5 Wh kg-1)、长循环稳定性（1000次循环后97.3%的容量保持率）。此外,我们结合电化学、XRD、Raman、FTIR、XPS以及SEM、TEM等多种表征手段,揭示了这种锌-石墨电池的储能机理:充放电过程中,通过TFSI-阴离子在石墨正极快速的嵌入/脱出,同时Zn2+在负极表面进行电化学沉积/析出。2.高安全有机电解液设计及可充锌基电池应用。本章报道了一种以磷酸三甲酯（TMP）为溶剂,以0.5 M Zn（OTf）2和1.0 M Na Cl O4盐为溶质的非水系磷酸酯电解液。这种电解液具有优异的阻燃能力,其中阴阳离子与溶剂分子形成稳定的溶剂化结构,能够有效抑制高低电势下电解液的分解,提高稳定电压窗口至3.2 V(vs.Zn2+/Zn)以上。该双阳离子电解液体系与锌负极和聚阴离子正极（例如Na3V2（PO4）2O2F（NVPOF）、Na3V2（PO4）2F3（NVPF）和Na3V2（PO4）3（NVP））均具有良好的兼容性。Zn2+在该电解液中沉积均匀,Zn沉积/析出库伦效率高（99.8%）,锌负极逐步演变为交联网格状结构,可稳定的充放电循环5000 h以上,且无枝晶生长。我们利用该阻燃电解液与锌负极和高电压NVPOF正极组装了全新的电池体系,电池显示出1.8 V的平均放电电压,能量密度为203 Wh kg-1（基于正极）,1000次循环后电池的容量保持率为83.5%。通过多种表征手段研究证明,在0.5 M Zn（OTf）2+1.0 M Na Cl O4非水体系电解液中,聚阴离子型锌基电池通过Na+在正极可逆嵌入/脱出和Zn2+在负极电化学沉积/析出来进行能量储存。3.有机-水系杂化电解液构筑及可充锌电池应用。相比于前两章工作中的有机体系,可充水系锌电池（RAZBs）在解决成本和安全问题方面具有很大优势。然而,锌负极与水系电解液间界面稳定性差,存在枝晶生长、库仑效率低等问题,阻碍了可充锌电池的实用化进程。本章中,我们设计了一种由2.0 m三氟甲烷磺酸锌（Zn（OTf）2）和有机碳酸二甲酯（DMC）溶剂组成的非高浓度有机-水系杂化电解液体系来稳定锌负极。通过FTIR、17O NMR和Raman等光谱学分析及分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算研究得出,与传统水系电解液中典型的Zn[H2O]62+溶剂化结构不同,在DMC-H2O电解液中,形成Zn2+[H2O]3.9[DMC]0.7[OTf-]1.4的新型电解液结构。这种DMC和OTf-共同参与的Zn2+溶剂化鞘层结构会促进有机溶剂和阴离子还原分解,在锌负极表面形成稳定且富含Zn F2和Zn CO3的有机/无机杂化SEI膜。这种复合SEI能够有效抑制锌负极和水之间的副反应,从而实现了锌负极较高的Zn沉积/析出平均CE(沉积容量为2.5 m Ah cm-2时,CE为99.8%),并且可以无枝晶稳定循环1000次以上。此外,DMC-H2O电解液可以支持Zn/V2O5电池稳定工作,显示出良好的应用前景。
王圣博[2]（2021）在《高性能水系锌离子电池电极材料的合成及其性能的研究》文中研究表明随着全球工业化进程的加快,环境恶化和化石燃料储量减少等问题,人们对清洁可再生能源的需求日益迫切。面对这种困境,利用如太阳能、风能、生物质能、潮汐能和地热能等新能源形式是有效的途径。但是这些新能源形式很难直接储存和运输,高度的间歇性更制约了其进一步发展。能源储存系统（ESSs）的发展为个人、家庭和工业应用提供更稳定的能源供应,为此人们已进行了广泛的研究。在目前所有的能源储存系统中,电池扮演着重要的角色,已经成为便携式电子产品、电动汽车甚至是电网不可缺少的一部分。其中,锂离子电池（LIBs）由于具有较高的能量密度被广泛应用。但由于有限的锂资源、组装条件要求苛刻,使得商用锂离子电池成本进一步上升。此外,易燃有毒的有机电解液和高活性锂也极大地阻碍了锂离子电池的进一步应用。锌离子电池（ZIBs）成本较低、安全性较高、体积能量密度较高,因此在电化学储能领域引起了广泛的研究。尽管由于多价离子的转移,水系锌离子电池可以实现更高的氧化还原比容量和能量密度,锌离子电池电极材料也存在很多问题,其中包括金属负极不可逆枝晶和正极材料电化学性能差等。金属负极在剥离和镀覆过程中会发生电场集中和氧化,从而制约全电池的电化学性能。使用具有大层间距的锰基、钒基过渡金属氧化物作为水系锌离子电池正极材料是非常常见的。通过在合成过程中的离子预插来实现对材料的活化,打破了固有晶体结构的限制,从而获得兼具高容量与高倍率的电极材料。电解液中离子种类对于电池电极的性能有重大影响,预插离子钒基化合物的种类与电解液之间的关系还尚未有人探究。传统的过渡金属氧化物一直受到电子/离子电导率差的制约,难以满足实际应用。传统的涂布方法也不可避免的增加了活性物质和集流体之间的内阻,因此,电沉积法构建集成一体化电极是提升电极的接触面积和材料利用率的有效方法。通过使用这些方法,能够有效的提高水系锌离子电池电极的性能,实现水系锌离子电池的各项性能。本篇论文围绕以下几个方面展开:1.层片状锌铝共晶合金作为水系锌离子电池可逆无枝晶负极金属锌负极具有理论容量高、成本低的优点,是一种极具吸引力的水性锌离子电池负极材料。然而,现有的锌负极在剥离/电镀过程中存在库仑效率低、枝晶生长严重等问题,阻碍了其实际应用。通过使用锌和铝纳米片层交替排列的Zn88Al12共晶合金能够有效解决锌金属负极在剥离/电镀过程中枝晶和裂纹生长引起的不可逆性问题。共生的金属铝片层不仅能够保护锌片层抑制其形成不可逆的副产物,而且在锌剥离过程中原位形成稳定的Al/Al2O3核壳结构,进而引导锌的后续生长。共晶Zn88Al12（at%）合金在不含氧气的Zn SO4水溶液中具有优异的脱锌/镀锌性能,具有较低的过电位和较高的库伦效率。将KxMn O2正极和共晶层状Zn88Al12合金负极组装,构筑的水性锌锰氧化物水系锌离子全电池可以实现在高功率下提供230 Wh kg-1（基于KxMn O2正极的质量）的能量密度,在超过200小时循环后仍然保持100%的容量。如果调整正负极质量比为3:1,全电池的总能量密度则会高达142 Wh kg-1。共晶成分合金化策略为开发下一代二次电池的高性能负极提供了一条新的途径。2.基于高阳离子相容钒氧化物微电极的超高能量密度大功率水系锌离子可充电微电池水溶液锌离子电池作为锂离子电池的替代品,具有广阔的发展前景。微机电系统可以应用于小型电子产品中,引起了人们广泛的关注。然而,传统的水溶液锌离子电池使用过量的锌作为负极,极易发生枝晶和氧化,导致电池失效。预插层氧化钒除了具有高理论容量的优点外,还具有高导电性和离子导电性,提供更多的离子扩散途径和活性位点。我们开发了基于具有交叉指状的纳米多孔金微电极和双极性活性材料ZnxV2O5的高性能水系锌离子微电池。利用预插层水合Zn2+作为分子柱支撑大间距的V2O5层间距,组分ZnxV2O5与水合Zn2+客体具有很高的相容性,这大大提高了它们的插层/脱层动力学。与双电子氧化还原反应相结合,使水系锌离子微电池具有很高的容量和效率。纳米多孔电极结构能够实现快速电子转移和离子传输,因此,ZnxV2O5在1M Zn SO4电解液中的比容量高达527 m Ah g-1（约为最大理论值的90%）。基于电活性材料ZnxV2O5的充分利用,交叉指状纳米多孔ZnxV2O5/Au交叉指状微电极构成的水性可充电锌离子微电池在高功率传输时表现出358 m Wh cm-3的能量密度（该值与Sony CR1620相当,是Li薄膜电池能量密度的40倍以上）。3.晶型调控的ZnxV2O5自支撑电极用于柔性水系锌离子电池的正极材料传统的过渡金属氧化物能够提高更多的容量同时获得稳定的Zn离子扩散通道。锰基、钒基材料做为水系锌离子电池的正极材料一直受到低电导率和低离子电导率的限制,在实际应用中这些材料远达不到应用要求。为此,我们设计了一种通过油浴搅拌法制备的自支撑CFP/ZnxV2O5柔性电极,用于水系锌离子电池正极。我们针对过渡金属氧化物具有有限的电导率和离子电导率的问题。在制备过程中,结合离子预插法将水分子和Zn2+进入层状氧化钒结构之中,有效增强离子的输运能力。除此之外,我们还结合热处理晶型调控策略,保证活性材料具有部分周期晶格用于能量存储,另一部分非晶结构用于离子输运。构筑的水系锌离子电池在50 mAg-1电流密度下具有365mAh g-1的比容量,在5 Ag-1的电流密度下,循环1000圈,容量保持率为80.5%。优秀的电化学性能使自支撑CFP/ZnxV2O5柔性电极作为新型水系锌离子电池正极具有广阔的前景。
汤嘉立[3]（2021）在《二维Nb2CTx的制备及在锂（锌）离子电池中的电化学性能研究》文中研究表明近年来,二维层状材料因其特殊的二维结构和优异的光电性能受到了广泛的关注,在产氢、储能、传感器、电磁屏蔽和生物医学等应用领域有着巨大的需求。2011年,美国德雷塞尔大学Gogotsi课题组报道了一种新的二维材料家族——MXene,因其独特的光学、电学、热学、机械性能和化学性质迅速引起了人们的关注,特别是在储能领域具有非常大的竞争力。在MXene家族中,目前研究较为深入和广泛的只有Ti3C2TX、V2CTX和Mo2CTX,而Nb2CTX因其最少的的原子层配置被称为最具潜力的锂离子负极材料之一,但其研究受限于前驱体MAX低效的合成技术以及刻蚀技术。目前Nb2CTX的主流刻蚀方法为氢氟酸刻蚀,该方法不仅刻蚀时间较长（140小时）,会导致氟基官能团的大量存在,而且氢氟酸具有毒性和强腐蚀性,环境友好性差。据研究表明,氟基官能团会降低锂离子在MXene中的电活性位点导致容量下降,应当避免氟基官能团的出现。因此,本文尝试使用更高效环保的水热反应刻蚀方法制备Nb2CTX,水热反应刻蚀不仅刻蚀时间短无需使用氢氟酸,而且刻蚀效果好、产率高,这为未来MXene的工业化生产提供了参考方案。首先,为了验证水热刻蚀的可行性,我们将HF直接刻蚀、HCl+Li F原位HF刻蚀以及水热反应刻蚀获得的样品进行了对比分析,SEM和XRD测试结果显示HF直接刻蚀和HCl+Li F原位HF刻蚀方法在室温24小时的条件下无法有效的去除Al原子层,而水热反应刻蚀可以高效的去除。并得出180℃-20h是最佳的水热刻蚀条件,在此条件下,得到的Nb2CTX具有较高的层间距和结晶度。根据红外光谱测试和拉曼光谱,水热条件下合成Nb2CTX表面的官能团主要有-OH、=O、-F,和Ti3C2TX相类似。接着,我们进行了四探针电阻测试和BET比表面积测试,180℃-20h的水热条件下Nb2CTX的电导率接近2.5 S/cm,比表面积接近100 m2/g。为了验证180℃-20h水热条件下Nb2CTX具有更优异的电化学性能,我们将三种不同水热条件制备的Nb2CTX用于锂离子电池负极进行测试分析。可以看到CV曲线中均未出现明显的锂化峰和脱锂峰,其储能机理与Ti3C2TX相同,也为锂离子嵌入脱出。EIS测试结果显示180℃-20h水热条件下Nb2CTX具有更小的界面电阻以及更高的离子扩散速率。这表明180℃-20h水热条件下的Nb2CTX可能更适合做锂离子电池负极。随后,在100 m A/g的电流密度下180℃-20h水热条件下的Nb2CTX初始容量为248 m Ah/g,而另外两种条件下制备的材料容量分别为225 m Ah/g和151 m Ah/g,经过100个循环后,容量保持率接近93.5%。在倍率性能测试中,180℃-20h水热条件下的Nb2CTX容量依然优于另外两种样品。结合前面XRD、SEM、FTIR、拉曼光谱、BET、四探针电阻率测试和本章的电化学测试结果,可以得出结论,在180℃-20h的最优水热合成条件下,合成的Nb2CTX材料具有比表面积较大、层间距较高、电导率高等优点,也因此获得了更佳的电化学性能。此外,我们还进行了Nb2CTX在锌离子电池锌负极保护中的应用探究。为了改善锌负极枝晶生长、腐蚀及钝化的问题,本文采用了以Nb2CTX作为保护层制备Nb2C@Zn负极的方法,将调配好的Nb2CTX墨水均匀的喷涂在纯锌表面,利用MXene材料的二维层状结构及高比表面积,诱导锌枝晶均匀沉积。SEM照片显示,改性后的锌负极表面枝晶不再团聚,而是在材料表面均匀沉积。通过EIS阻抗分析和自放电测试可以看出,这种材料在充放电过程中具有较低的界面电阻,稳定性较高。而且Nb2C保护层可以阻止锌与电解液直接接触,避免了析氢反应的发生,从而提升了循环稳定性。对称电池中,在0.5 m A/cm2电流密度下,Nb2C@Zn经过360小时的恒电流充放电后,仍然保持正常工作,而纯锌在280小时就失效;在198-201小时之间,Nb2C@Zn的滞后电压为40 m V远低于纯锌的120 m V。在1 m A/cm2和5m A/cm2的大电流密度下,纯锌在不到30小时的充放电测试中便失效,而Nb2C@Zn在120个小时后依然保持着很好的稳定性。之后的倍率性能测试展示了Nb2C@Zn较低的极化率和良好的稳定性。全电池中,在100 m A/g的电流密度下,Nb2C@Zn的首圈容量为238.6 m Ah/g,而纯锌的首圈容量仅为85.2 m Ah/g。经过200圈循环后,纯锌的的容量下降为20 m Ah/g,此时电池已经失效,而有Nb2C的保护的Zn负极,在200个循环时容量保持在87.8m Ah/g。
于东旭[4]（2021）在《过渡金属氧族化合物的可控制备及储能性质研究》文中研究指明开发清洁安全高效的储能电池体系是实现习总书记提出的“二氧化碳排放力争在2030年前达峰,努力争取2060年实现碳中和”战略目标的必要途径之一,也是促进经济社会发展全面绿色转型,实现人与自然和谐共生的必由之路。电极材料是储能电池最为关键的组成部分,决定着体系的能量密度、功率密度、循环稳定性等一系列关键技术指标。因此,开发容量高、成本低廉和安全性高的电极材料对提升电池性能,加快储能电池的实际应用进程至关重要。过渡金属氧族化合物具备开放的框架结构,其较大层间距以及层间弱范德华力,可促进载流子的快速传输,有助于实现良好的电化学性能,因而被认为是极具前景的新型二次电池电极材料。本论文以过渡金属氧族化合物为研究对象,通过优化制备方法,获得了几种电化学性能优异的电极材料;综合利用多种改性策略,实现了可逆容量、循环稳定性和倍率性能的协同提升。首先,我们采用水热法合成了花瓣状形貌的VS2纳米片。通过调节电解液种类、控制放电反应深度,抑制多硫化物产生、从而提高了VS2储钠容量和循环稳定性。材料在0.1 A g-1电流密度下,实现600 mA h g-1的可逆容量;且循环50次后,容量无衰减。其次,我们采用冷凝回流法制备了由中空纳米管自组装的松针状CuS。得益于材料较大的比表面积和较高的电子电导率,材料可以提供接近理论的515 mA h g-1放电比容量和优异的倍率性能（在20 A g-1大电流密度下,仍然能提供317 mA h g-1）。随后,我们发现了VS2在水系电解液下的自发氧化过程,并提出一种原位构筑VS2/VOx异质结构方案。在有效地解决了过渡金属硫化物在水中稳定性问题的同时,大幅度提高了储锌和储铵根离子性能。最后,我们将这种策略应用于V2O3,通过在材料结构中诱导阳离子空位,从而使原本无电化学活性V2O3展现高达515 mA h g-1的储锌容量和300mA h g-1储铵根离子容量。本论文提出了几种行之有效地优化过渡金属氧族化物储能属性的研究策略,为后续该体系材料在储能电池中的应用提供了新思路;同时,所开发的高性能电极材料展现出巨大的应用前景。
孙晨[5]（2021）在《改性生物炭对于水中重金属与有机污染物去除的性能与机理》文中提出生物质废弃物来源广,成本低,环保可再生。由生物质炭化制备的生物炭材料在水中污染物控制过程中表现出极大潜力。然而由于原生生物炭孔隙结构不够发达,表面官能团分布不够合理,灰分组成不够功能化,致使它们对污染物的吸附,催化,电催化转化过程中的性能不佳,因此生物炭改性成为提升生物炭性能的关键。本文通过调控孔隙结构,表面官能团及灰分组成,实现了生物炭材料的改性,提升了它们在重金属吸附,过硫酸盐活化及电催化氧还原制备过氧化氢过程中的性能。探明了改性方法对于生物炭性质的影响规律,揭示了生物炭材料性能提升机理,解析了改性生物炭对不同类别污染物或氧化剂的吸附,催化机理,并初步明确了改性生物炭实际应用过程中可能的影响因素,为生物炭基水处理技术应用提供了基础和技术支持。主要研究内容如下:本文首先通过KMn O4对磁性生物炭进行改性,成功在磁性生物炭表面负载了Mn Ox颗粒,同时提升表面羟基、羧基等含氧官能团,提升了其对水溶液的浸润性,提升了磁力稳定性。改性磁性生物炭在水溶液中对重金属Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）的吸附量提升至0.72 mmol/g,约为未改性的7倍。KMn O4改性主要增大了磁性生物炭的吸附量,并没有提升吸附速率。重金属吸附量提升的主要源自KMn O4改性后负载于磁性生物炭表面的Mn Ox颗粒,同时表面含氧官能团的增多同样增强了对重金属离子的络合吸附。改性磁性生物炭在p H值小于3.5条件下吸附量显着降低,p H对Pb（Ⅱ）的吸附过程影响更大,离子强度和有机质浓度对于改性磁性生物炭的吸附表现影响不大,改性磁性生物炭对于Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）的吸附性能在四个循环后大概可以分别保持50%和87%以上。通过高温CO2改性,丰富了生物炭微孔结构,提升了石墨化度,从而提升了生物炭活化过硫酸盐的性能,并应用于废水中酚类污染物的吸附降解。CO2高温改性将生物炭比表面积上升到2185 m2/g,孔结构主要以微孔为主,使生物炭材料表面含氧量下降9.6%,同时优化表面含氧官能团C=O/C?O的比例从0.13升至0.56,表面羰基氧的比例增加。950°C改性的生物炭吸附和催化降解反应性能最佳,氧化能力达到0.5 mol/mol oxidant/h/g,远优于大部分生物炭基材料,媲美纳米碳材料。通过自由基猝灭,自由基捕获,电化学表征,模化物降解等方法确定了以单线态氧和电子传输介导氧化的AC950活化PS的活化机理。发现了溶液中HCO3-和HPO42-对AC950/PS体系降解特性的削弱作用。AC950对于氯酚类物降解反应速率顺序为CP>DCP>TCP≈苯酚,位于酚羟基对位的氯取代基容易被降解生成半醌类物质,通过700°C热解再生后的生物炭可以恢复原有94%的催化活性。通过碳化过程中加入Zn Cl2,提升了生物炭介孔比例,增加了羰基氧官能团的含量,提升了低温碳化所得生物炭活化过硫酸盐性能,并将生物炭-过硫酸盐体系应用于废水中抗生素类（SMX）的处理。通过控制氯化锌掺杂比例,实现了梯度介孔含量的多孔生物炭制备。本文发现氯化锌掺杂量增加会明显提升所得生物炭的缺陷度,减小表面含氧量,促使O-C=O羧基官能团向C=O羰基官能团演变,同时提升表面Zeta电位,减少表面持久性自由基含量。当氯化锌掺杂量为3（Zn BC-3）时,所得生物炭对于污染物SMX的吸附和催化降解性能最佳,这主要是由于Zn BC-3具备最高含量的活性位点羰基氧C=O,四种生物炭羰基氧含量与SMX降解反应速率的线性相关度达到0.992。生物炭的介孔孔容,Zeta电位,与缺陷度都和过硫酸盐吸附具备很高的正向相关性,通过自由基猝灭,自由基捕获,溶剂交换,电化学表征等方法证实了单线态氧的非自由基路径是Zn BC-3/PS体系降解SMX的主要机理,SMX分子中的氨基-NH2为主要的反应位点。通过海藻酸盐水凝胶法实现了低流阻固定床流动式污染物去除体系的构建,该装置8小时内对污染物的去除效率超过86%。通过优化热解碳化温度,实现了生物炭表面氧形态分布和表面缺陷度的调控,从而获得了最佳电催化氧还原制备过氧化氢性能,并构建了生物炭电芬顿系统,实现了对水中酚类,抗生素,染料三种污染物的高效降解。加入氯化锌使得所得生物炭呈现微孔与介孔共存形态的多级孔生物炭,比表面积高达2000 m2/g,随着碳化温度的提升,多孔生物炭表面的含氧量没有明显变化,而表面氧的存在形态则出现明显的单键氧（C-O）向双键氧（C=O）的转化;同时多孔生物炭的缺陷度上升,高度石墨化的碳结构含量上升。通过线性相关性分析,可以得知多孔生物炭电催化氧还原反应中对于过氧化氢的选择性主要受到炭表面氧的存在形态（C-O/C=O）控制（R2=0.916）,而多孔生物炭的电化学氧还原能力主要受到碳材料缺陷度（AD/AG）和高度石墨化碳含量(AD/A（G1+V+V1）)控制。综合活性与选择性,Zn BC-550具备最佳的电化学氧还原合成过氧化氢的性能,p H=1条件下工作电位为-0.25V vs RHE时合成能力为796.1 mg/g/h,优于大多数无定形碳材料,其电化学性能在8h内保持稳定,构建的电芬顿系统降解性能在10次循环下效率保持在81%以上。
苏丽[6]（2021）在《功能化多孔碳材料的制备及其电化学性能研究》文中研究说明多孔碳材料因其具有丰富的孔结构和高的比表面积,在储能领域展现了良好的研究价值。为了满足不同电化学反应的需求,需要制备具有合适孔结构、掺杂改性、金属修饰等功能化的多孔碳材料。因此,本论文从优化碳材料的孔结构、杂原子掺杂、金属修饰等方面制备了四种功能化的多孔碳材料,并将其成功应用在超级电容器和锂硫电池领域中。首先,以氯化钠为模板,松花粉为碳源,采用简单的方法合成了多杂原子掺杂的三维多孔碳框架（3DPC）。氢氧化钾作为造孔剂,能够丰富孔隙结构,增大比表面积。此外,松花粉自身携带多种氨基酸和微量元素,在碳化过程中引入了N、O、S等元素。当3DPC用作超级电容器电极材料时,丰富的孔结构有利于离子的扩散;杂原子不仅可以改善碳材料与电解液的润湿性,还能够增加额外的赝电容,提高电极的电化学性能。基于氯化钠为模板制备多孔碳的结构优势,继续制备出了一种杂原子掺杂多孔碳/碳纳米管复合材料（PC/CNTs）,并将其作为锂硫电池中硫正极的载体材料。其中碳纳米管贯穿在多孔碳中,构成了一种高导电网状结构,提高了硫的反应活性。同时,具备丰富孔结构的多孔碳有助于对反应过程中生成的多硫化物进行物理吸附。此外,杂原子掺杂可以提高碳材料对极性多硫化物的化学亲和力,进而有效抑制“穿梭效应”的发生。基于PC/CNTs优良的导电性和对多硫化物的吸附作用,70 wt%硫含量的S-PC/CNTs电极展现了较好的电化学性能。仅依靠吸附作用难以从根本上解决多硫化物的“穿梭效应”,一些金属材料可以催化多硫化物的转化,通过提高硫的反应动力学来减少“穿梭效应”的发生。本文基于柯肯达尔效应成功制备了一种钴纳米颗粒嵌入氮掺杂中空多孔碳微球（Co@NHCMSs）作为多功能硫载体材料。Co@N-HCMSs具有大的比表面积和丰富的孔结构,可负载高达90.52 wt%的硫。同时,该材料的碳壳体现了一种分级多孔结构,抑制多硫化物穿梭的同时允许锂离子顺利通过。尤其重要的是,金属钴纳米颗粒不仅可以促进碳微球对多硫化物的化学吸附,同时可以催化多硫化物的快速转化。Co@N-HCMSs材料对多硫化物的“吸附-催化”双重作用使得S/Co@N-HCMSs电极在高担载量下依然展现了较高的容量和倍率性能。本文最后制备了一种镍/锌双金属修饰的氮掺杂多孔碳（Ni,Zn@N-C）作为硫正极载体材料。该功能化的多孔碳材料具有丰富的孔结构,有利于对多硫化物进行物理吸附。同时,氮掺杂和镍/锌双金属修饰可以有效提高碳材料对多硫化物的化学吸附能力。除此之外,基于镍/锌双金属表面较高的原子利用率和催化活性,Ni,Zn@N-C材料对多硫化物的转化具有更高效的催化作用,进而提高硫的氧化还原反应动力学。这种“吸附-催化”作用能够有效抑制“穿梭效应”的发生,使S/Ni,Zn@N-C电极展现了优异的循环稳定性。
戴儇[7]（2021）在《基于硅炭材料的锂离子混合电容器构筑及其动力学特性提升机制研究》文中进行了进一步梳理随着便携式电子设备市场的不断扩大,特别是电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）的出现,对能够提供高能量和功率密度、长循环寿命的先进储能器件的需求不断增加。将锂离子电池（LIBs）和超级电容（SCs）进行“内部交叉”构筑锂离子混合电容器（LICs）能够同时发挥出锂离子电池的高能量密度和超级电容高功率密度的特性。然而,受限于正负极材料的开发设计以及正负极材料动力学的不匹配性,导致LICs的性能提升一直没有取得重大进展。本论文针对目前正负极存在的问题,设计和制备了多种具有高容量的正极材料和高倍率特性的负极材料,研究结果如下:（1）以葡萄糖为原料,通过水热法制备了球形硬炭材料（GHC）,该材料在10 Ag-1的大电流密度下,可逆比容量仍可保持在100 mAhg-1左右,展现出良好的倍率性能。此外,在2.0 Ag-1循环3000圈后,容量保持率为87.8%,显示出较稳定的循环性能。在此基础上,我们构建了基于预锂化GHC负极和活性炭YP-50F正极的锂离子混合电容器（GHC|YP-50F）。该器件在经过正负极质量配比优化后展现出较好的电化学性能,在0.1 Ag-1的电流密度下,器件的能量密度为138.5 Whkg-1,对应的功率密度为325 Wkg-1。即使在33250 Wkg-1(10 Ag-1)的超高功率密度下,该器件仍能提供76.1 Whkg-1的能量密度。（2）通过第一性原理成功计算出-6PF与溶剂分子所形成的构型,并首次精确提出了适合66（EC）PF-基团吸附的孔径临界尺寸为2.18 nm。以理论计算的结果为指导制备了一系列APDC多孔炭材料,其电化学性能的差异验证了DFT理论结果的准确性。特别是APDC-700用作正极时具有高比容量171.5 mAhg-1、优异的倍率性能和显着的循环稳定性此外,APDC-700用作负极材料时,在0.1 Ag-1和10 Ag-1的电流密度下可逆比容量分别为1116 mAhg-1和232 mAhg-1。在此基础上,以APDC-700同时作为正极和负极,成功组装了全炭对称型LIC器件（APDC-700|APDC-700）,该器件在功率密度225 Wkg-1下获得了254.3 Whkg-1高能量密度,即使在22.5 k Wkg-1(10 Ag-1)的超高功率密度下,仍然能提供133.3 Whkg-1的能量密度。此外,APDC-700|APDC-700在高功率密度11.25kWkg-1(5 Ag-1)下循环10000圈后能量密度保持率高达86.9%,展现出优异的循环稳定性。研究结果揭示了电容性炭正极孔径与电化学性能之间的深层次关联,为先进LIC器件的构建提供了指导。（3）通过硼掺杂和碳包覆工艺构建了杂原子掺杂的核壳结构硅基复合材料,与碳纳米管（CNT）混合后,得益于酚醛树脂碳层和CNT双导电网络的协同作用,复合材料表现出优异的电化学性能。B-Si@CRF-CNT复合材料在8 Ag-1的大电流密度下,依然保持1084 mAhg-1的超高可逆比容量。此外,在1 Ag-1下循环200圈后依然保留了1620.7 mAhg-1的高可逆比容量,容量保持率高达83.34%。此外,通过三电极体系确定了LIC器件的正负极质量最佳配比为4.5:1。优化后的器件展现出优异的电化学性能,在功率密度为325 Wkg-1的条件下,LIC4.5具备超高的能量密度(300.3 Whkg-1)。即使在33135 Wkg-1的高功率密度下,LIC4.5依然展现出202.5 Whkg-1的较高能量密度。LIC4.5经过10000次长循环后,器件的容量保持率依然高达79.8%。为高性能LICs器件的正负极质量匹配原则提供了参照,对于构筑性能更为优异的LICs器件具有重要的理论意义和应用价值。（4）通过二次掺氮对高比表面积和高介孔含量的APDC-800活性炭材料进行表面修饰,将其氮含量从1.87 wt%提升至4.58 wt%。结果表明,改性后的NAPDC-800的电化学性能有较大提升,尤其是倍率性能。在20 Ag-1的大电流密度下,NAPDC-800的可逆比容量能保持在100 mAhg-1以上,远高于APDC-800。此外,我们还对充放电平台适中且循环寿命长的无序岩盐氧化物Li3V2O5负极的导电性能进行了改性,制备的Li3V2O5-CNT倍率性能得到极大提升,在20 Ag-1的大电流密度下,Li3V2O5-CNT的可逆比容量能保持在100 mAhg-1以上。组装的LIC器件（Li3V2O5-CNT|NAPDC-800）获得了276.3 Whkg-1高能量密度,即使在65 kWkg-1(20 Ag-1)的超高功率密度下,仍然能提供158.6 Whkg-1的高能量密度。此外,Li3V2O5-CNT|NAPDC-800在高功率密度16.25 kWkg-1(5 Ag-1)下循环10000圈后能量密度保持率高达88.5%,展现出优异的循环稳定性。
王乾鹏[8]（2021）在《铝离子电池正极材料的第一性原理计算》文中提出为了提高能量利用效率以及减少环境污染,智能电网和电动汽车的大规模推广成为了急迫的需求。但是目前商用的锂离子电池的能量密度、充电效率和成本都难以满足电动汽车和智能电网快速发展需求,寻找新的二次电池体系成为了重要的研究问题。近年来,基于双离子电池机制的提出及室温离子液体电解质的发展,新的铝/石墨电池体系被提出。这一电池体系在循环性能、稳定性以及充电速度上相比之前的铝离子电池取得了巨大的突破,受到了学术界的广泛关注。但是这一电池体系在能量密度上的缺陷阻碍了其商业化的应用。对于双离子电池的体系,能量密度的计算还需要考虑电解质的重量。即使只考虑石墨正极的重量,铝/石墨电池的比容量也没有超过150mAh/g,原因是充电时AlCl4嵌入石墨会占据较大的空间。研究AlCl4在石墨中的嵌入机制有助于理解石墨正极的充放电过程,帮助我们寻找提高能量密度的方法。另外,多种石墨层间化合物广泛应用于不同的电极反应中。研究铝离子电池石墨正极中的扩散机制不仅能够帮助我们理解铝/石墨电池体系的快速充电特性,而且还能为其它使用石墨电极的电池体系的充电速率提高提供参考。本论文的具体研究内容包括以下三个方面:1.铝离子电池石墨正极中的嵌入机制研究。我们通过结构优化确认了 AlCl4在石墨中的嵌入形态,得到的石墨层间化合物结构与实验X射线衍射的结果可以正确对应。我们由嵌入不同数量的AlCl4产生的结构变化得到石墨正极的理论比容量上限。另外我们还计算了 AlCl4石墨层间化合物的形成能,得到了该电池体系在不同比容量区间下的理论电压。我们发现形成能与理论电压的计算依赖于第一性原理计算中使用的范德瓦尔斯相互作用修正。2.AlCl4在石墨层间化合物中的扩散机制研究。我们通过从头算分子动力学模拟,得到了 AlCl4在石墨中的扩散系数,同时发现石墨层间的滑移运动不能被忽视。对比束缚石墨层运动的分子动力学模拟,我们发现了 AlCl4和石墨层之间存在合作迁移效应:AlCl4的扩散不仅受石墨层提供的势垒影响,还被石墨层的运动所促进。由于石墨层的运动较慢,其中的相互作用也比较复杂,为了更全面的反映AlCl4在运动的石墨层中的扩散,我们尝试了更长时间的从头算分子动力学模拟。我们发现在更长的时间尺度下,AlCl4与石墨层的相互作用是不稳定的,AlCl4和石墨层间运动的关联也会因为相互作用的变化而减弱。合作迁移效应的减弱会使AlCl4陷入停滞,扩散系数出现不收敛的现象。我们通过不同的纳秒级别半经验分子动力学模拟,发现因为与石墨层关联性减弱导致的AlCl4扩散停滞在时间尺度和空间尺度上都具有可重复性,并且停滞的频率和晶格的对称性应变正相关。3.AlF4石墨层间化合物的对比研究。我们尝试将AlF4嵌入石墨进行类似的结构性质计算,发现AlF4的石墨层间化合物比AlCl4支持更高的理论比容量和理论电压。我们通过从头算分子动力学模拟计算了 AlF4在石墨中的扩散系数,发现比AlCl4的扩散系数更高。因此我们提出了在铝离子电池中用F元素替代Cl元素的理论方案,这一替代方案可以提高铝离子电池的能量密度并降低充电过程中的体积膨胀,同时保持石墨正极对高充电速率的支持。
王俊香[9]（2021）在《无定形碳熔盐电解石墨化及电化学储铝行为研究》文中进行了进一步梳理针对现有无定形碳材料石墨化转化难度大、石墨化后产品附加值低的问题,本论文将开发一种在氯化钙基熔盐体系中无定形碳材料的电化学石墨化方法,系统研究熔盐电解石墨化过程、熔盐电解工艺等方面工作。并就石墨炭质材料的石墨化度、结构特征等与电池电化学性能、反应机制之间的联系进行深入分析,从而提升铝离子电池的循环稳定性和使用寿命。本论文主要就如下方面展开系统研究工作:无定形碳材料的石墨化过程及石墨炭质材料的制备、炭质材料石墨化度与电化学行为的关联机制、片状堆积石墨电化学行为随表观形貌的演变规律、超薄石墨微孔结构对熔盐铝电池电化学行为的影响。具体结论如下:（1）通过系统研究电解温度、电压、时间等电解参数与电解石墨产物的晶体结构、形貌的关系,揭示了当电解温度更高、电解电压更大、或电解时间更长的情况下,更有利于得到超薄结构和高石墨化度的石墨产物。甚至在700℃较低温度下,也能实现无定形碳材料的石墨化转变。电化学石墨化机理证实,来自于无定形碳材料中的含O表面官能团（C-O）通过电化学还原过程实现O原子的脱出,混乱的C原子随后在长程范围内重排,使得它们堆积成高度有序的石墨结构。此外,850℃、2.8 V、2 h电解条件下得到的多孔石墨纳米片呈现出最明显的片层结构,最薄的片层厚度（12.7 nm）,以及最高的石墨化度（46.07%）。最关键的是,该电化学石墨化方法可以拓展应用于其他无定形碳前驱体材料的石墨化转换上。（2）以熔盐电解得到的石墨纳米片为正极,研究了石墨化度与电化学性能之间的构效关系。结果证实石墨化度越高,炭质材料具有越显着的嵌入/脱出反应、更高的放电平台以及更大的充放电容量。高石墨化度多孔石墨纳米片在500 mA g-1电流密度下具有72.7 mAh g-1的初始放电比容量。200 mA g-1电流密度下循环1000圈后放电比容量从63.6 mAh g-1降到55.5 mAh g-1,容量保持率达到87.4%,库伦效率稳定在95.4%,显示了良好的的倍率性能、高容量和长循环稳定性。此外,明晰了无定形碳材料和石墨化碳材料的充放电机理:无定形碳材料主要以AlCl4-阴离子的吸脱附过程为主;电解得到的石墨纳米片不仅表现出AlCl4-阴离子在微孔内的可逆吸脱附过程,同时在石墨烯层间实现可逆嵌入/脱出反应。（3）以酸浸后得到的片状堆积石墨为正极,研究了石墨表观形貌的演变及其对电化学性能变化的影响规律。当酸浸时间6 h时,石墨具有最丰富的富边片状形貌、最大的厚度膨胀率（1.4倍）和最低的C-O基团（4.2%）。原位X-射线衍射（XRD）结果揭示了足够大的嵌入廊道高度可以保证AlCl4-阴离子在石墨层间的可逆嵌入和脱出。充放电后,石墨电极厚度会显着增加,分别为原始厚度的8倍和3倍以上。由于具有边缘丰富的片层堆叠特征,AlCl4-阴离子可以直接从边缘迁移并扩散到石墨层内部,这将大大缩短扩散路径,有利于倍率能力的提升。50 mA g-1电流密度下比容量保持在～87 mAh g-1,200 mA g-1下保持在～40 mAh g-1,显着高于未处理的电极。此外,由于石墨纸电极的超高面密度优势（14.2 mg cm-2）,电池表现出超高的面积比容量（1.2 mAh cm-2）。（4）基于熔盐电解质高离子导电率的优势,进一步研究了石墨微孔结构特征与熔盐铝离子电池电化学行为之间的联系。以鳞片石墨和可膨胀石墨为例进行,说明石墨微孔结构变化引起的电池性能的差异。结果证实:鳞片石墨呈现出AlCl4-阴离子在石墨烯层间的嵌入脱出过程和中空结构中的吸脱附过程,而可膨胀石墨主要发生嵌入脱出过程。在AlCl3-NaCl熔融电解质体系中,即使在5 A g-1的高电流密度下,经过1200次充放电循环鳞片石墨仍能保持～219 mAh g-1的高放电容量,库伦效率为94.1%。此外,由更小和更薄的纳米片堆叠而成的鳞片石墨由于具有更高的介孔结构、更多的离子传输通道、更小的离子扩散路径和更快的扩散动力学,有利于AlCl4-阴离子的吸附和嵌入,从而获得高容量和良好的倍率性能。
刘昊[10]（2021）在《基于NIPS膜技术碳基膜材料的构建与修饰及其储能性能研究》文中进行了进一步梳理多孔碳材料因其具有孔结构可调控、易于与其他活性物质复合等特点,被认为是制备高电化学性能电极材料的最佳候选者。然而大多数多孔碳材料为粉末状,限制了其在柔性电子器件中的应用,而其他一些柔性多孔碳材料制备过程则相对繁琐,因此,开发一种简单高效、孔结构发达且易修饰的柔性多孔碳材料构建技术是一项有意义的研究。膜技术,可以通过非溶剂诱导相分离（NIPS）构建发达的多孔结构并实现柔性特点,目前在分离等领域得到了广泛的研究,但在涉及构建多孔碳材料并应用于储能领域的研究尚亟待开展。为此,本文开展以下几项研究:1)以聚丙烯腈（PAN）为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚偏氟乙烯（PVDF）为致孔剂,通过NIPS膜技术和碳化技术,制备了3D多级纳米孔结构的柔性碳基膜材料。作为超级电容器电极,0.05 A g-1电流密度下,在三电极体系和两电极体系中,比电容分别为265 F g-1和212 F g-1。组装成全固态超级电容器在60o下弯曲100次,仍能保持92%的初始电容值,长循环2000圈后,电容保持率仍然高达81%。2)以PAN为前驱体,PVP为致孔剂,通过不同碳化温度制备了3D多级纳米孔结构可控的互穿网络结构电极膜。作为负极材料,50 m A g-1下,在锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）中分别获得了351.8 m A h g-1和237.4 m A h g-1的可逆容量。在200 m A g-1下循环200次,均表现出稳定的循环性能。3)以PAN为前驱体,PVP为致孔剂,石墨烯为柔性单元、纳米硅为活性物质,构建了PAN/石墨烯/纳米硅碳基复合电极膜,作为LIBs负极材料,50 m A g-1下可逆容量高达1135.7 m A h g-1,纳米硅和复合电极膜的有效利用率分别高达92.6%和92.9%,表明纳米硅的体积效应得以有效缓解。4)以Sn Cl4·5H2O和硫代乙酰胺为原料,电极膜为基体,通过溶剂热技术,制备了Sn S2-CM复合电极膜,作为LIBs和SIBs负极材料,在50 m A g-1下分别表现出839.8 m A h g-1和573.7 m A h g-1的可逆容量。将膜结构进行破碎,阐明了电极膜的膜孔结构对纳米活性物质的体积膨胀存在“约束行为”。5)以Na2Mo O4·2H2O和C3H7NO2S为原料,电极膜为基体,通过水热技术,制备了CM@Mo S2复合电极膜。作为SIBs负极材料,50 m A g-1下,可逆容量可达472.2 m A h g-1,200 m A g-1下循环1000个周期后可逆容量保持94.2%。以其为负极,活性炭AC为正极,组装CM@Mo S2//AC钠离子电容器,2 A g-1高电流密度下循环5000次,可逆容量仍保持83.4%,平均每圈容量衰减0.00332%。
二、锌在石墨电极中嵌入性能的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、锌在石墨电极中嵌入性能的研究（论文提纲范文）
（1）非纯水体系电解液设计及可充锌电池应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 水系电解液 |
| 1.2.1 锌盐种类 |
| 1.2.2 电解液浓度 |
| 1.2.3 电解液添加剂 |
| 1.3 非水系电解液 |
| 1.3.1 有机电解液 |
| 1.3.2 离子液体电解液 |
| 1.3.3 低共熔体电解液 |
| 1.4 水系/非水混合体系电解液 |
| 1.5 准固态/固态电解质 |
| 1.5.1 凝胶电解质 |
| 1.5.2 固态聚合物电解质 |
| 1.6 本文研究思路及主要研究内容 |
| 第二章 实验所需试剂与仪器 |
| 2.1 实验试剂 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.2.1 测试方法 |
| 2.2.2 所需仪器 |
| 第三章 高电压有机电解液设计及可充锌-石墨电池 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 材料制备与表征 |
| 3.2.2 电化学测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 有机电解液和锌负极表征 |
| 3.3.2 可充锌石墨电池 |
| 3.3.3 锌-石墨电池的储能机理分析 |
| 3.4 本章结论 |
| 第四章 高安全有机电解液设计及可充锌基电池应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.2.1 聚阴离子材料的制备 |
| 4.2.2 电化学性能测试 |
| 4.2.3 样品表征 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 阻燃有机电解液和锌负极表征 |
| 4.3.2 阻燃有机电解液在全电池中应用 |
| 4.3.3 Zn/NVPOF电池储能机制与反应动力学 |
| 4.3.4 阻燃有机电解液的普适性 |
| 4.4 本章结论 |
| 第五章 有机-水系杂化电解液构筑及可充锌电池应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.2.1 电解液和电极制备 |
| 5.2.2 电化学性能测试 |
| 5.2.3 材料表征 |
| 5.2.4 计算细节 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 H_2O-DMC电解液溶剂化构型 |
| 5.3.2 H_2O-DMC电解液中Zn~(2+)的沉积/析出行为 |
| 5.3.3 锌负极上SEI膜的形成和组分分析 |
| 5.3.4 全电池性能 |
| 5.4 本章结论 |
| 第六章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
（2）高性能水系锌离子电池电极材料的合成及其性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 水系锌离子电池简介 |
| 1.1.1 水系锌离子电池研究现状 |
| 1.1.2 水系锌离子电池存在的问题 |
| 1.2 水系锌离子电池正极材料 |
| 1.2.1 锰基材料 |
| 1.2.2 钒基材料 |
| 1.2.3 普鲁士蓝类似物 |
| 1.2.4 有机材料 |
| 1.3 锌离子电池负极材料增强手段 |
| 1.3.1 金属晶格控制 |
| 1.3.2 沉积成核控制 |
| 1.3.3 减缓离子的扩散 |
| 1.3.4 减弱沉积极化 |
| 1.4 锌离子电池的电解液 |
| 1.4.1 水性电解质 |
| 1.4.2 非水电解质 |
| 1.4.3 新型电解液 |
| 1.5 本论文研究内容 |
| 第2章 实验材料及试剂、仪器和研究方法 |
| 2.1 实验材料、试剂 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.3 材料的主要研究手法 |
| 第3章 层状纳米共晶锌铝合金作为水性锌离子电池可逆无枝晶负极 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 层状纳米结构的共晶Zn/Al合金负极的制备 |
| 3.2.2 预插钾离子的K_(0.12)Mn O_2纳米带正极的制备 |
| 3.2.3 Zn/Al合金负极和K_(0.12)Mn O_2纳米带正极结构和化学特征 |
| 3.2.4 基于Zn/Al合金负极的对称电池和全电池的电化学性能表征 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 层状纳米结构共晶Zn/Al合金负极的性能与表征 |
| 3.3.2 正极材料制备与表征 |
| 3.3.3 对称电池电化学性能 |
| 3.3.4 全电池电化学性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于高阳离子相容钒氧化物微电极的超高能量密度大功率水系锌离子可充电微电池 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 交叉指状微电池的制备 |
| 4.2.2 交叉指微电池的结构和化学特征 |
| 4.2.3 指状交叉微电池的电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 NP Au/Zn_xV_2O_5负极的制备和表征 |
| 4.3.2 M_xV_2O_5电极的电化学性能 |
| 4.3.3 水系可充电微电池性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 晶型调控的CFP/Zn_xV_2O_5自支撑电极用于柔性水系锌离子电池的正极材料 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 CFP/Zn_xV_2O_5柔性自支撑电极的制备 |
| 5.2.2 CFP/Zn_xV_2O_5柔性自支撑电极的结构和化学特征 |
| 5.2.3 柔性水系锌离子电池的电化学性能测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 CFP/Zn_xV_2O_5柔性电极的制备与表征 |
| 5.3.2 CFP/Zn_xV_2O_5柔性电极构筑锌离子电池的电化学性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简介及攻博期间发表和待发表学术成果 |
| 致谢 |
（3）二维Nb2CTx的制备及在锂（锌）离子电池中的电化学性能研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 锂离子电池简介 |
| 1.2.1 电池的发展历史 |
| 1.2.2 锂离子电池的结构以及原理 |
| 1.2.3 负极材料简介 |
| 1.3 锌离子电池简介 |
| 1.3.1 锌金属负极 |
| 1.3.2 锌基保护涂层负极 |
| 1.3.3 锌合金负极 |
| 1.4 MXene材料简介 |
| 1.5 选题意义及内容 |
| 第2章 实验试剂和测试方法 |
| 2.1 实验试剂 |
| 2.2 实验仪器与设备 |
| 2.3 材料的表征 |
| 2.3.1 X射线衍射分析 |
| 2.3.2 扫描电子显微镜 |
| 2.3.3 红外光谱 |
| 2.3.4 拉曼光谱 |
| 2.3.5 BET比表面测试 |
| 2.3.6 四探针电阻测试仪 |
| 2.4 材料的电化学测试 |
| 2.4.1 纽扣式电池的组装 |
| 2.4.2 恒流充放电测试 |
| 2.4.3 循环伏安测试 |
| 2.4.4 电化学阻抗测试 |
| 第3章 材料的制备及表征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料的制备 |
| 3.2.1 MAX相 Nb_2AlC的合成 |
| 3.2.2 MXene相 Nb_2CT_X的合成 |
| 3.3 结果和讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Nb_2CT_X负极在锂电池中的电化学性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 Nb_2CT_X作为锌负极保护层的研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 Nb_2C@Zn负极的制备 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 材料的结构与形貌特征 |
| 5.3.2 电化学分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）过渡金属氧族化合物的可控制备及储能性质研究（论文提纲范文）
| 内容提要 |
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 二次电池概述 |
| 1.2.1 有机系/水系二次电池的组成 |
| 1.2.2 有机系/水系二次电池的工作原理 |
| 1.2.3 二次电池的关键技术参数 |
| 1.3 二次电池电极材料 |
| 1.3.1 正极材料的储能机制 |
| 1.3.2 负极材料的反应机制 |
| 1.3.3 电极材料设计的关键因素 |
| 1.4 过渡金属氧族化物在水系/非水系离子电池中的应用 |
| 1.4.1 过渡金属氧族化物在非水系钠离子电池中的应用 |
| 1.4.2 过渡金属硫化物在水系锌电池中的应用 |
| 1.4.3 过渡金属氧化物在水系锌和铵根离子电池中的应用 |
| 1.5 本论文选题意义及研究内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 花瓣形VS_2的储钠性质的研究 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 花瓣形VS_2的制备与电化学的测试 |
| 2.2.1 实验原材料 |
| 2.2.2 花瓣形VS_2的制备 |
| 2.2.3 材料的表征及电化学性能测试 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 VS_2的晶体结构与价态的确定 |
| 2.3.2 花瓣形VS_2的形貌表征 |
| 2.3.3 花瓣形VS_2储钠性质的研究 |
| 2.3.4 花瓣形VS_2的储钠机制的研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 松针状CuS电化学储钠性质的研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 不同形貌CuS的制备与电化学性能测试 |
| 3.2.1 实验原材料 |
| 3.2.2 不同形貌CuS的制备 |
| 3.2.3 不同形貌CuS材料的表征及电化学性能测试 |
| 3.2.4 密度泛函理论(DFT)计算参数 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 材料合成及晶体结构的表征 |
| 3.3.2 PNL-CuS和 I-CuS电化学性质的研究 |
| 3.3.3 PNL-CuS电化学存储机制的研究 |
| 3.3.4 密度泛函理论计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 VS_2/VO_x异质结构材料储锌离子和储铵根离子性质的研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 VS_2的制备与电化学测试 |
| 4.2.1 实验原料 |
| 4.2.2 VS_2材料的制备 |
| 4.2.3 材料表征与电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 VS_2的晶体结构与形貌特征 |
| 4.3.2 VS_2/VO_x异质结构的形成过程以及结构表征 |
| 4.3.3 VS_2/VO_x异质结构的储锌性质的研究 |
| 4.3.4 VS_2/VO_x异质结构的储锌机制的分析 |
| 4.3.5 VS_2/VO_x异质结构的储铵根离子性质的研究 |
| 4.3.6 VS_2/VO_x异质结构的储铵机制的分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 V_(2-x)O_3储锌离子和储铵根离子性质的研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 V_2O_3的电化学性能测试 |
| 5.2.1 实验原料 |
| 5.2.2 材料的表征及性能测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 V_2O_3的晶体结构与形貌表征 |
| 5.3.2 V_(2-x)O_3的形成过程以及结构表征 |
| 5.3.3 V_(2-x)O_3的储锌性质的研究 |
| 5.3.4 V_(2-x)O_3储锌机制的分析 |
| 5.3.5 V_(2-x)O_3的储铵根离子性质的研究 |
| 5.3.6 V_(2-x)O_3的储铵机制的分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 作者简介及攻读博士学位期间所取得的学术成果 |
| 致谢 |
（5）改性生物炭对于水中重金属与有机污染物去除的性能与机理（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 生物炭简介 |
| 1.2 生物质基本组成及成碳行为 |
| 1.3 生物炭环境应用 |
| 1.3.1 生物炭作为重金属吸附剂 |
| 1.3.2 生物炭作为高级氧化催化剂 |
| 1.3.3 生物炭作为电催化剂去除污染物 |
| 1.4 生物炭改性方法 |
| 1.4.1 孔隙调控 |
| 1.4.2 表面官能团调控 |
| 1.4.3 活性金属组分负载 |
| 1.5 前人研究中的不足 |
| 1.6 本文主要内容 |
| 1.6.1 研究目的与意义 |
| 1.6.2 课题来源 |
| 1.6.3 章节分布 |
| 第2章 材料与方法 |
| 2.1 材料与试剂 |
| 2.1.1 实验材料 |
| 2.1.2 实验试剂 |
| 2.1.3 实验仪器 |
| 2.2 生物炭制备方法 |
| 2.3 生物炭表征方法 |
| 2.4 自由基捕获方法 |
| 2.5 产物分析方法 |
| 2.5.1 重金属测量 |
| 2.5.2 有机污染物测量 |
| 2.5.3 过硫酸盐浓度测定 |
| 2.5.4 过氧化氢浓度测定 |
| 2.5.5 二价铁浓度的测定 |
| 2.6 电化学实验方法 |
| 2.6.1 旋转圆盘电极 |
| 2.6.2 电化学测试平台 |
| 第3章 KMnO_4氧化负载MnOx强化磁性生物炭吸附重金属 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 生物炭制备及实验方法 |
| 3.2.1 吸附剂制备方法 |
| 3.2.2 吸附实验方法 |
| 3.2.3 生物炭吸附机理定量探究方法 |
| 3.3 结果讨论 |
| 3.3.1 磁性生物炭KMnO_4改性前后的理化性质表征 |
| 3.3.2 改性磁性生物炭对于Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附等温线 |
| 3.3.3 吸附剂对于Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附动力学 |
| 3.3.4 改性磁性生物炭对于Pb(Ⅱ)与Cd(Ⅱ)的吸附机理 |
| 3.3.5 溶液参数对于改性磁性生物炭吸附性能的影响 |
| 3.3.6 改性生物炭的磁力回收特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 高温CO_2促进生物炭石墨化脱氧提升PDS催化活性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验材料及方法 |
| 4.2.1 生物炭制备及改性生物炭制备 |
| 4.2.2 生物炭与改性生物炭吸附及催化降解性能评价方法 |
| 4.2.3 改性生物炭活化过硫酸盐机理探究 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 生物炭与CO_2改性生物炭表征 |
| 4.3.2 改性生物炭对于苯酚的吸附和催化降解特性 |
| 4.3.3 CO_2改性生物炭对于过硫酸盐活化机理 |
| 4.3.4 溶液参数对于AC950/PS体系的影响 |
| 4.3.5 AC950/PS体系对于氯酚类的降解性能以及降解反应路径 |
| 4.3.6 AC950 的重复使用性,失效机理及再生方法 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 中温ZnCl_2改性提升生物炭介孔比例及羰基官能团强化PDS催化活性 |
| 5.1 简介 |
| 5.2 实验材料及方法 |
| 5.2.1 低温多孔生物炭的制备 |
| 5.2.2 多孔生物炭海藻酸盐复合水凝胶制备 |
| 5.2.3 多孔生物炭的吸附和催化降解实验 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 多孔生物炭的表征 |
| 5.3.2 氯化锌改性生物炭对于SMX的吸附与催化降解 |
| 5.3.3 氯化锌活化法对于其他原料的适用性 |
| 5.3.4 溶液性质对于Zn BC-3/PDS降解性能的影响 |
| 5.3.5 氯化锌改性生物炭对于过硫酸盐的活化机理及SMX的降解机理 |
| 5.3.6 基于海藻酸盐水凝胶的流动式反应器 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 控温炭化优化生物炭表面氧形态提升电还原制过氧化氢性能 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验材料及方法 |
| 6.2.1 多孔生物炭制备方法 |
| 6.2.2 多孔生物炭阴极制备 |
| 6.2.3 电化学测试方法 |
| 6.2.4 多孔生物炭的电芬顿性能评价 |
| 6.2.5 样品分析方法 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 多孔生物炭表征 |
| 6.3.2 多孔生物炭电极的过氧化氢电合成性能 |
| 6.3.3 多孔生物炭的电化学Fe(III)还原能力 |
| 6.3.4 多孔生物炭电芬顿阴极对污染物的降解能力 |
| 6.3.5 多孔生物炭电芬顿系统中苯酚的降解机理 |
| 6.3.6 多孔生物炭电芬顿阴极对于不同污染物的适用性 |
| 6.3.7 多孔生物炭电芬顿体系的稳定性 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文小结 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 研究不足与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间科研成果 |
（6）功能化多孔碳材料的制备及其电化学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 多孔碳材料的制备方法 |
| 1.2.1 模板法 |
| 1.2.2 活化法 |
| 1.3 多孔碳材料的功能化 |
| 1.3.1 杂原子掺杂 |
| 1.3.2 金属纳米颗粒修饰 |
| 1.3.3 M-N-C型多孔碳材料 |
| 1.4 多孔碳材料在电化学储能中的应用 |
| 1.4.1 超级电容器 |
| 1.4.2 锂硫电池 |
| 1.5 本论文的研究思路和研究内容 |
| 第2章 实验和分析表征方法 |
| 2.1 实验试剂、材料和仪器 |
| 2.1.1 主要实验试剂和材料 |
| 2.1.2 主要实验仪器 |
| 2.2 材料的结构表征 |
| 2.2.1 X射线粉末衍射(XRD) |
| 2.2.2 X射线光电子能谱(XPS) |
| 2.2.3 拉曼光谱(Raman) |
| 2.2.4 场发射扫描电子显微镜(FESEM) |
| 2.2.5 透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射显微镜(HRTEM) |
| 2.2.6 比表面积和孔径分布测试 |
| 2.2.7 热重分析(TGA) |
| 2.2.8 紫外可见吸收光谱(UV-vis) |
| 2.2.9 动态水接触角测试 |
| 2.3 超级电容器和锂硫电池的组装及电化学表征 |
| 2.3.1 多孔碳电极的制备及超级电容器的组装 |
| 2.3.2 碳/硫复合正极的制备及锂硫电池的组装 |
| 2.3.3 恒电流充放电测试 |
| 2.3.4 循环伏安测试(CV) |
| 2.3.5 交流阻抗测试(EIS) |
| 第3章 杂原子掺杂的3D多孔碳框架的制备及其电容性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 杂原子掺杂3D多孔碳框架的制备 |
| 3.3 制备流程及形成机理 |
| 3.4 形貌分析 |
| 3.5 结构分析 |
| 3.6 电化学性能研究 |
| 3.6.1 循环伏安分析 |
| 3.6.2 恒电流充放电分析 |
| 3.6.3 循环稳定性 |
| 3.6.4 交流阻抗分析 |
| 3.7 全电池性能研究 |
| 3.7.1 水系对称电池性能分析 |
| 3.7.2 全固态对称电池性能分析 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 类石墨烯状多孔碳片/碳纳米管复合材料的制备及锂硫电池性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料制备 |
| 4.2.1 PC的制备 |
| 4.2.2 PC/CNTs的制备 |
| 4.2.3 S-PC/CNTs的制备 |
| 4.2.4 多硫化锂溶液的制备 |
| 4.3 材料形貌分析和结构表征 |
| 4.3.1 PC和 PC/CNTs的形貌分析和结构表征 |
| 4.3.2 S-PC/CNTs的形貌分析和结构表征 |
| 4.4 吸附多硫化物分析 |
| 4.5 电化学性能研究 |
| 4.6 循环后正极、隔膜及负极形貌分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 钴纳米颗粒修饰氮掺杂分级多孔碳微球的制备及锂硫电池性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 材料制备与电池组装 |
| 5.2.1 柠檬酸锌-钴的制备 |
| 5.2.2 Co@N-HCMSs材料的制备 |
| 5.2.3 S/N-CMSs和 S/Co@N-HCMSs材料的制备 |
| 5.2.4 多硫化锂溶液的制备 |
| 5.2.5 对称电池的电极片制备及组装 |
| 5.2.6 硫化锂的沉积实验 |
| 5.3 形成机理与形貌分析 |
| 5.4 结构表征 |
| 5.5 吸附与催化转化机制 |
| 5.6 电化学性能研究 |
| 5.7 循环后负极形貌分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 镍/锌双金属修饰的氮掺杂多孔碳的制备及锂硫电池性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 材料制备与电池组装 |
| 6.2.1 N-C的制备 |
| 6.2.2 Ni,Zn@N-C材料的制备 |
| 6.2.3 S/N-C和 S/Ni,Zn@N-C材料的制备 |
| 6.2.4 多硫化锂溶液的制备 |
| 6.2.5 对称电池的电极片制备及组装 |
| 6.3 形貌表征与结构分析 |
| 6.4 吸附与催化转化机制 |
| 6.5 电化学性能研究 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（7）基于硅炭材料的锂离子混合电容器构筑及其动力学特性提升机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子混合电容器的工作原理 |
| 1.3 锂离子混合电容器正极材料概述 |
| 1.3.1 活性炭材料 |
| 1.3.2 模板炭材料 |
| 1.3.3 石墨烯材料 |
| 1.3.4 其他多孔炭材料 |
| 1.4 锂离子混合电容器负极材料概述 |
| 1.4.1 硬炭材料 |
| 1.4.2 软炭材料 |
| 1.4.3 Li_4Ti_5O_(12)基材料 |
| 1.4.4 过渡金属氧化物 |
| 1.4.5 硅基材料 |
| 1.5 论文选题依据及主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验及表征方法 |
| 2.1 实验原料、药品及设备 |
| 2.2 材料的表征与测试 |
| 2.2.1 PF_6~-溶剂化模型的理论计算 |
| 2.2.2 扫描电子显微镜测试 |
| 2.2.3 透射电子显微测试 |
| 2.2.4 差热-热重测试 |
| 2.2.5 氮气等温吸脱附测试 |
| 2.2.6 X射线衍射测试 |
| 2.2.7 X射线光电子能谱测试 |
| 2.2.8 拉曼光谱测试 |
| 2.3 电极片的制备、扣式电池和三电极体系的组装 |
| 2.3.1 电极极片的制备和纽扣电池的组装 |
| 2.3.2 三电极体系的组装 |
| 2.4 电化学性能测试 |
| 2.4.1 恒流充放电测试 |
| 2.4.2 循环伏安测试 |
| 2.4.3 交流阻抗测试 |
| 2.4.4 恒电流间歇滴定测试 |
| 参考文献 |
| 第三章 硬炭‖活性炭锂离子混合电容器的构筑及电化学性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品的制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 正极活性炭的结构表征及其电化学性能 |
| 3.3.2 葡萄糖硬炭负极材料的结构表征及其电化学性能 |
| 3.3.3 GHC‖YP-50F锂离子电容器性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 高比容量活性炭孔隙结构设计及其对全炭对称型LIC器件性能影响研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品的制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 正极电容型炭材料理想孔径的理论设计 |
| 4.3.2 富氮活性炭材料的制备及其结构表征 |
| 4.3.3 APDC作为锂离子混合电容器正极材料的电化学性能 |
| 4.3.4 APDC作为锂离子电容器负极材料的电化学性能 |
| 4.3.5 APDC-700‖APDC-700锂离子电容器性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于B-Si@C_(RF)-CNT负极的不对称LIC器件的构筑及电化学性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 样品的制备 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 B-Si@C_(RF)-CNT复合材料的表征 |
| 5.3.2 B-Si@C_(RF)-CNT复合材料的电化学性能 |
| 5.3.3 正负极质量配比对LICs电化学性能的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 氮掺杂多孔炭‖Li_3V_2O_5-CNT LIC器件的构筑及其电化学性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 样品的制备 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 NAPDC-800 富氮活性炭正极材料的表征 |
| 6.3.2 NAPDC-800 富氮活性炭正极材料的电化学性能 |
| 6.3.3 Li_3V_2O_5-CNT负极材料的表征及其电化学性能 |
| 6.3.4 Li_3V_2O_5-CNT‖NAPDC-800锂离子电容器性能 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（8）铝离子电池正极材料的第一性原理计算（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 锂离子电池的发展历史以及面临的挑战 |
| 1.1.1 锂离子电池的发展历史与现状 |
| 1.1.2 锂离子电池面临的挑战以及新的研究方向 |
| 1.2 双离子电池的研究进展 |
| 1.3 铝离子电池的研究进展 |
| 1.3.1 铝离子电池的发展历史 |
| 1.3.2 铝离子电池石墨正极的研究近况 |
| 1.4 小结 |
| 第2章 理论研究方法 |
| 2.1 第一性原理计算的理论基础 |
| 2.1.1 多体薛定谔方程的近似求解——Hatree-Fock方法 |
| 2.1.2 密度泛函理论 |
| 2.1.3 交换关联泛函 |
| 2.1.4 范德瓦尔斯相互作用修正 |
| 2.1.5 Kohn-Sham方程求解 |
| 2.2 第一性原理计算软件简介 |
| 2.2.1 VASP |
| 2.2.2 FHI-aims |
| 2.2.3 ABACUS |
| 2.2.4 三种计算软件对比 |
| 2.3 原子位置弛豫与晶格优化 |
| 2.3.1 共轭梯度法 |
| 2.3.2 BFGS法 |
| 2.4 分子动力学模拟 |
| 2.4.1 经典分子动力学 |
| 2.4.2 从头算分子动力学 |
| 2.4.3 半经验分子动力学 |
| 2.4.4 平衡态分子动力学模拟的约束条件 |
| 第3章 铝离子电池石墨正极中的嵌入机制研究 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 计算方法与建模 |
| 3.3 收敛性测试 |
| 3.3.1 纯石墨体系的测试 |
| 3.3.2 Stage2的AlCl_4石墨层间化合物的结构性质测试 |
| 3.4 Stage4的AlCl_4石墨层间化合物的结构性质 |
| 3.4.1 Stage4的AlCl_4石墨层间化合物的晶体结构 |
| 3.4.2 Stage4的AlCl_4石墨层间化合物的能量性质 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 铝离子电池石墨正极中的扩散机制研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.1.1 能斯特-爱因斯坦方程 |
| 4.1.2 扩散机制研究方法 |
| 4.1.3 实验对铝离子电池正极充电速率的研究 |
| 4.2 计算方法与建模 |
| 4.3 AlCl_4在石墨层间化合物中的扩散性质 |
| 4.4 合作迁移效应对扩散性质的影响 |
| 4.5 长时间尺度(纳秒)分子动力学模拟中扩散性质的变化 |
| 4.5.1 更长时间的从头算分子动力学模拟 |
| 4.5.2 纳秒尺度的半经验分子动力学模拟 |
| 4.5.3 晶格对称性应变对扩散性质的影响 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 对AlF_4石墨层间化合物的研究 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 计算方法与建模 |
| 5.3 AlF_4石墨层间化合物的结构性质 |
| 5.4 AlF_4在石墨层间化合物中的扩散性质 |
| 5.5 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（9）无定形碳熔盐电解石墨化及电化学储铝行为研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 碳的结构 |
| 2.2 无定形碳材料的石墨化 |
| 2.3 石墨制备的研究现状 |
| 2.3.1 高温高压锻烧法 |
| 2.3.2 微波加热法 |
| 2.3.3 化学气相沉积法 |
| 2.3.4 催化石墨化法 |
| 2.3.5 熔盐电解法 |
| 2.4 石墨材料的能源存储应用 |
| 2.4.1 石墨材料的应用 |
| 2.4.2 石墨炭质材料在铝离子电池中的应用 |
| 2.5 电解质对铝离子电池的影响 |
| 2.5.1 离子液体电解液 |
| 2.5.2 无机熔盐电解质 |
| 2.6 本论文的选题意义与研究内容 |
| 2.6.1 选题意义 |
| 2.6.2 研究内容 |
| 2.6.3 创新点 |
| 3 研究方法 |
| 3.1 实验试剂与仪器 |
| 3.2 测试方法 |
| 3.2.1 电化学测试 |
| 3.2.2 物理化学表征 |
| 4 无定形碳材料的石墨化过程及石墨炭质材料的制备 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.2.1 实验方案 |
| 4.2.2 石墨化度计算 |
| 4.3 无定形碳材料的石墨化转换机理的研究 |
| 4.4 石墨炭质材料的熔盐电解制备 |
| 4.5 石墨炭质材料的结构表征 |
| 4.6 熔盐电解石墨化法制备石墨的优势 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 炭质材料石墨化度与电化学行为的关联机制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方案 |
| 5.2.1 电极制备 |
| 5.2.2 离子液体电解液配置 |
| 5.2.3 软包铝离子电池组装 |
| 5.3 炭质材料的石墨化度与电池性能的关系 |
| 5.4 高石墨化度石墨纳米片的电化学性能 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 片状堆积石墨电化学行为随表观形貌的演变规律 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验方案 |
| 6.2.1 片状堆积石墨制备与表征 |
| 6.2.2 铝-石墨电池组装与测试 |
| 6.3 片状堆积石墨的表观形貌演变 |
| 6.4 酸化处理石墨的电化学行为变化 |
| 6.5 充放电过程中石墨的结构演变 |
| 6.6 片状堆积石墨的电化学性能 |
| 6.7 本章小结 |
| 7 超薄石墨微孔结构对熔盐铝电池电化学行为的影响 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验方案 |
| 7.2.1 电极制备 |
| 7.2.2 熔盐电解质制备 |
| 7.2.3 熔盐铝离子电池组装 |
| 7.2.4 离子电导率测试 |
| 7.2.5 电化学窗口测试 |
| 7.3 温度对电解质性能的影响 |
| 7.4 FG和EG的形貌与结构分析 |
| 7.5 石墨微孔结构对电化学性能的影响 |
| 7.6 鳞片石墨作为铝电池正极的反应机制 |
| 7.7 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（10）基于NIPS膜技术碳基膜材料的构建与修饰及其储能性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超级电容器 |
| 1.2.1 超级电容器储能原理概述 |
| 1.2.2 超级电容器组成与结构 |
| 1.2.3 超级电容器特点与面临的问题 |
| 1.3 碱金属离子电池 |
| 1.3.1 锂离子电池 |
| 1.3.2 钠离子电池 |
| 1.4 离子电容器 |
| 1.4.1 碱金属离子电容器的发展 |
| 1.4.2 离子电容器组成与工作机理 |
| 1.4.3 离子电容器分类 |
| 1.4.4 离子电容器的优势 |
| 1.4.5 离子电容器的问题 |
| 1.5 超级电容器电极材料概述 |
| 1.5.1 导电聚合物电极 |
| 1.5.2 金属氧化物电极 |
| 1.5.3 碳基材料电极 |
| 1.6 碱金属离子电池负极材料概述 |
| 1.6.1 过渡金属硫化物、硒化物和氮化物 |
| 1.6.2 Ti/Nb基化合物 |
| 1.6.3 有机材料 |
| 1.6.4 MXenes材料 |
| 1.6.5 NASICON材料 |
| 1.6.6 碳材料 |
| 1.7 膜技术介绍 |
| 1.7.1 膜制备方法 |
| 1.7.2 膜材料 |
| 1.7.3 碳膜及其应用 |
| 1.8 课题提出 |
| 1.9 研究内容 |
| 第二章 3D多级纳米孔柔性“电极膜”构建及其超级电容器储能性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 3D多级纳米孔柔性电极膜构建 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 仪器设备 |
| 2.2.3 电极膜制备 |
| 2.2.4 电极膜电化学测试 |
| 2.2.5 软包全固态超级电容器组装与测试 |
| 2.3 3D纳米多级孔柔性电极膜形貌及微结构 |
| 2.4 3D多级纳米孔柔性电极膜电化学性能 |
| 2.4.1 超级电容器三电极体系 |
| 2.4.2 超级电容器两电极体系 |
| 2.4.3 柔性软包全固态超级电容器性能 |
| 2.5 结论 |
| 第三章 3D多级纳米孔柔性“电极膜”构建与设计及其锂/钠储能性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 3D纳米多级孔互穿网络结构柔性电极膜构建 |
| 3.2.1 实验材料 |
| 3.2.2 仪器设备 |
| 3.2.3 互穿网络结构电极膜制备 |
| 3.2.4 锂/钠离子电池组装与测试 |
| 3.3 3D纳米多级孔互穿网络结构柔性电极膜形貌及微结构 |
| 3.4 3D多级纳米孔互穿网络结构柔性电极膜储能性能 |
| 3.4.1 电极膜储锂性能 |
| 3.4.2 电极膜储钠性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 “前修饰”构建3D网状结构多级共混碳基复合电极膜及其储锂性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 多级共混碳基复合电极膜制备 |
| 4.2.1 实验材料 |
| 4.2.2 仪器设备 |
| 4.2.3 碳基复合电极膜制备 |
| 4.2.4 锂离子电池组装与测试 |
| 4.3 碳基复合电极膜形貌及微结构 |
| 4.4 碳基复合电极膜储能性能 |
| 4.5 有效利用率评价 |
| 4.5.1 纳米硅有效利用率评价 |
| 4.5.2 碳基复合电极膜有效利用率评价 |
| 4.6 碳基复合电极膜循环后结构稳定性 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 SnS_2纳米花“后修饰”电极膜3D互穿网络结构及其锂/钠储能性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 “后修饰”构建SnS_2-CM复合电极膜 |
| 5.2.1 实验材料 |
| 5.2.2 仪器设备 |
| 5.2.3 SnS_2-CM复合电极膜制备 |
| 5.2.4 锂/钠离子电池组装与测试 |
| 5.3 SnS_2-CM复合电极膜形貌及微结构 |
| 5.4 SnS_2-CM复合电极膜储能性能和储能表现 |
| 5.4.1 锂离子电池体系储能性能 |
| 5.4.2 钠离子电池体系储能性能 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 网状MoS_2纳米片“后修饰”构建复合电极膜及其储钠性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 “后修饰”构建CM@MoS_2复合电极膜 |
| 6.2.1 实验材料 |
| 6.2.2 仪器设备 |
| 6.2.3 CM@MoS_2复合电极膜制备 |
| 6.2.4 钠离子电池组装与测试 |
| 6.2.5 钠离子电容器组装与测试 |
| 6.3 CM@MoS_2复合电极膜形貌及微结构 |
| 6.4 CM@MoS_2复合电极膜钠离子电池储能性能 |
| 6.5 CM@MoS_2//AC钠离子电容器储能性能 |
| 6.5.1 AC电极储钠性能 |
| 6.5.2 CM@MoS_2//AC钠离子电容器储能性能 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
四、锌在石墨电极中嵌入性能的研究（论文参考文献）
- [1]非纯水体系电解液设计及可充锌电池应用[D]. 董阳. 河北大学, 2021(09)
- [2]高性能水系锌离子电池电极材料的合成及其性能的研究[D]. 王圣博. 吉林大学, 2021(01)
- [3]二维Nb2CTx的制备及在锂（锌）离子电池中的电化学性能研究[D]. 汤嘉立. 吉林大学, 2021(01)
- [4]过渡金属氧族化合物的可控制备及储能性质研究[D]. 于东旭. 吉林大学, 2021(01)
- [5]改性生物炭对于水中重金属与有机污染物去除的性能与机理[D]. 孙晨. 浙江大学, 2021
- [6]功能化多孔碳材料的制备及其电化学性能研究[D]. 苏丽. 燕山大学, 2021(01)
- [7]基于硅炭材料的锂离子混合电容器构筑及其动力学特性提升机制研究[D]. 戴儇. 江西理工大学, 2021(01)
- [8]铝离子电池正极材料的第一性原理计算[D]. 王乾鹏. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [9]无定形碳熔盐电解石墨化及电化学储铝行为研究[D]. 王俊香. 北京科技大学, 2021(08)
- [10]基于NIPS膜技术碳基膜材料的构建与修饰及其储能性能研究[D]. 刘昊. 天津工业大学, 2021(01)