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1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
随着人民生活水平的不断提高,坚持可持续发展战略已被纳入我国经济和社会发展的长远规划。考虑到石油、煤炭等不可再生能源的逐渐消耗及其随着而来的环境污染问题,如何开发利用一些可再生的新能源已然成为人们研究的热点之一。化学储能因其能量密度高的优点被认为是最有潜力的新能源之一[1],其中,锂离子电池在近些年来被广泛研究,并且随着技术的不断提高,锂离子电池已经广泛应用于各个领域。然而,锂离子的大规模使用也暴露了一些潜在的问题。例如,金属锂在地壳中的所占比例不足20 ppm,开发提取金属锂需要很高的费用以及金属锂分布不均,有70%的金属锂都储存在南美地区[2]。基于以上几个因素,价格低廉、资源丰富、与锂有相似的电化学储能机制的金属钠在储能领域赢得了科学工作者的大量关注,钠离子电池也开始逐渐取代了锂离子电池的位置。不容忽视的是,钠离子电池的质量比容量和体积比容量都要低于锂离子电池[3],合成有利于na 在电池体系中嵌入/脱出的负极材料也成为难点之一。
金属硫化物作为钠离子电池的负极材料被广泛研究。一部分金属硫化物需要通过转化和合金化反应来实现储存和输送钠,而一部分只通过转化反应来完成储钠。目前转化-合金化主要集中在iva族和va族元素的硫化物,如sns2、sns、sb2s3等[4]。
二硫化锡 (sns2)为黄色六角片状体,是具有cdi2型层状硫化物,两个s原子夹住一个sn原子组成一个类似夹心饼干的结构 (s-sn-s),而一个锡原子与六个硫原子配位形成八面体,层与层之间为范德华力。二硫化锡具有较高的理论容量(700-1000 mah g-1),并且在可逆嵌脱钠离子时会经历合金化反应和转化反应两个过程[5]。1998年brousse等人[6]就已经报道了sns2可以作为锂离子负极材料,并且会发生转换反应生成sn和li2s,首次容量达到920 mah g-1 。然而,研究者们也发现,二硫化锡由于在充放电过程中其体积膨胀较大、导电性不高、首次库伦效率低等缺点影响了其作为电池负极材料的性能表现。
2. 研究的基本内容和问题
研究的目标
(1)通过双金属离子掺杂,提高硫化锑的循环稳定性和比容量。
(2)合成1~3种高比容量,具有良好电化学稳定性的复合负极材料。
3. 研究的方法与方案
研究方法
(1)以硫代乙酰胺(taa)为硫源,采用超声法合成硫化锑石墨烯复合材料,并对材料的形貌、结构进行x-射线衍射(xrd)、扫描电子显微镜(sem)等表征测试,并通过恒流充放电、循环伏安法(cv)、交流阻抗(eis)以及倍率进行电化学性能测试。
(2)以硫代乙酰胺(taa)为硫源,采用超声法合成双金属硫化物石墨烯复合材料,并对材料的形貌、结构进行x-射线衍射(xrd)、扫描电子显微镜(sem)等表征测试,并通过恒流充放电、循环伏安法(cv)、交流阻抗(eis)以及倍率进行电化学性能测试。
4. 研究创新点
通过超声的制备方法,合成双金属硫化物石墨烯复合材料,并研究材料形貌和电化学性能的联系。
5. 研究计划与进展
(1)2018.10 ~2018.12 查文献找资料,了解相关背景以及理论知识,确定实验方案。
(2)2019.1 ~ 2019.4 按照实验方案进行实验。
(3)2019.5 分析总结实验数据,并撰写毕业论文。
