可充鎂電池集流體及正極材料研究.pdf

1、鎂的離子半徑、化學(xué)性質(zhì)和鋰有許多相似之處,且具有價(jià)格便宜、安全性高及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn);鎂的理論比容量較大,以鎂作為負(fù)極的可充鎂電池能提供比鉛酸電池和鎳-鎘電池系統(tǒng)高得多的能量密度,是一種有良好前景的化學(xué)電源。
　　本文研究了不同集流體對(duì)可充鎂電池電解液Mg(AlCl2EtBu)2/THF與(PhMgCl)2-AlCl3/THF性能的影響。在可充鎂電池電解液中,使用銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、不銹鋼(SS)作為集流體時(shí),金屬在

2、電解液的分解電位以前就會(huì)發(fā)生自身的腐蝕,這限制了電解液在更高電位的應(yīng)用。結(jié)果表明,Ni和SS適用于充電截止電壓在2.1V(vs. Mg/Mg2+)以下的正極材料,Cu適用于充電截止電壓在1.8V(vs. Mg/Mg2+)以下的正極材料,Al具有最差的穩(wěn)定性,不適合用作可充鎂電池的集流體。碳紙具有比金屬集流體更高的穩(wěn)定性,可以用作更高平臺(tái)正極材料的集流體。
　　另外,我們制備了幾種新型的正極材料,對(duì)其作為可充鎂電池正極材料的電化學(xué)性

3、能進(jìn)行了研究。
　　通過(guò)制備PTMA并摻雜石墨烯后得到PTMA/石墨烯復(fù)合材料,利用石墨烯網(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)提高材料的導(dǎo)電能力,并利用PTMA自由基的氧化還原反應(yīng)達(dá)到儲(chǔ)能目的。該復(fù)合材料作為可充鎂電池正極材料首次放電比容量可達(dá)到209.8 mAh·g-1。具有醌類結(jié)構(gòu)的化合物 PTCDA首次放電比容量為201.7 mAh·g-1。但有機(jī)物正極的循環(huán)性能較差,可能源自有機(jī)物自身的部分溶解或結(jié)構(gòu)的破壞,通過(guò)設(shè)計(jì)和尋找更多具有儲(chǔ)鎂性能的有機(jī)物

4、材料,可以擴(kuò)寬可充鎂電池正極材料的選擇范圍。
　　通過(guò)將硫與碳炔混合加熱制得了多硫化碳炔材料,碳炔結(jié)構(gòu)作為主鏈大大提高了材料的導(dǎo)電性能,而多硫結(jié)構(gòu)作為副鏈能提供較大的比容量。多硫化碳炔作為可充鎂電池正極材料首次放電比容量為327.7 mAh·g-1,并且有良好的循環(huán)性能,選用更穩(wěn)定的集流體和電解液有望進(jìn)一步提高其電化學(xué)性能。
　　利用聚苯乙烯膠晶模板制備了三維有序結(jié)構(gòu)的Mg1.03Mn0.97SiO4。結(jié)果表明,不同的前驅(qū)體

5、對(duì)最終產(chǎn)物的形貌會(huì)有很大影響。當(dāng)以醋酸鹽作為前驅(qū)體時(shí),需要在更高的溫度下(900℃)才能制備出晶型良好的Mg1.03Mn0.97SiO4,多孔結(jié)構(gòu)很難保持;當(dāng)使用硝酸鹽作為前驅(qū)體時(shí),可以在更低的溫度(700℃)下制備出晶型良好的Mg1.03Mn0.97SiO4,而且能夠保持最終產(chǎn)物中有序的多孔結(jié)構(gòu)。三維有序結(jié)構(gòu)的Mg1.03Mn0.97SiO4放電比容量為71.4 mAh·g-1,大于通過(guò)普通溶膠-凝膠法制備的Mg1.03Mn0.97S