水系電容電池負(fù)極材料層狀結(jié)構(gòu)Ti3C2Tx的制備及性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、電容電池作為一種新型的儲(chǔ)能器件,具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境友好和可快速充放電的優(yōu)點(diǎn),可廣泛地應(yīng)用在儲(chǔ)能電源和動(dòng)力電源兩大領(lǐng)域。但水系電池的能量密度往往偏低,因此開(kāi)發(fā)高性能的正負(fù)極材料已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。Ti3C2Tx具有與石墨烯類(lèi)似的層狀結(jié)構(gòu),但穩(wěn)定性?xún)?yōu)于石墨烯,Li+等離子擴(kuò)散電壓低于石墨烯,可作為水系電容電池的負(fù)極材料。本文旨在探究Ti3C2Tx的最佳制備條件,以及Ti3C2Tx在不同的鋰、鈉、鎂鹽中的儲(chǔ)能性能。其具體內(nèi)容如下:<

2、br>  考察不同反應(yīng)試劑、不同 HF濃度、不同反應(yīng)時(shí)間、溫度以及不同超聲時(shí)間對(duì)制備Ti3C2Tx相的影響,從而優(yōu)選出制備Ti3C2Tx的最佳條件。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為18 h,超聲時(shí)間為24 h時(shí),用HF處理Ti3AlC2制備的Ti3C2Tx相具有層狀結(jié)構(gòu)形貌,通過(guò)XRD、ICP、EDS和Raman表征也表明Ti3AlC2中的Al已基本被除去。
  Ti3C2Tx電極在0.5 mol·dm-3Na2SO4、1 mol·dm-3NaCl和

3、NaNO3中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示:發(fā)現(xiàn)SO42-對(duì)Na+在Ti3C2Tx電極中的吸附和脫附影響最小,當(dāng)放電電流密度為50 mA·g-1時(shí),其放比容量達(dá)到70.2 mAh·g-1。而Cl-和NO3-,對(duì)于電極的性能都有較大的影響。在0.5、1和1.5 mol·dm-3Na2SO4中的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示:Ti3C2Tx電極在1 mol·dm-3Na2SO4中具有更佳的倍率性能,在電流密度為200 mA·g-1下循環(huán)500圈放電比容量仍有

4、55 mAh·g-1。以λ-MnO2為正極、Ti3C2Tx為負(fù)極組成鈉離子電容電池,其電池電壓高達(dá)2.4 V,電流密度為20 mA?g-1時(shí)放電比容量可達(dá)到76.7 mAh?g-1,同時(shí)具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
  通過(guò)恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等測(cè)試手段,探究了 Ti3C2Tx電極在0.5 mol·dm-3Li2SO4、1 mol·dm-3LiCl和LiNO3中的性能,發(fā)現(xiàn)硫酸根對(duì)鋰離子在Ti3C2Tx電極表面的吸/脫附和插入

5、脫出的影響最小,當(dāng)放電電流密度為50 mA·g-1時(shí),其放比容量達(dá)到98.0 mAh·g-1。通過(guò)測(cè)試Ti3C2Tx電極在0.2、0.5和1 mol·dm-3 Li2SO4中的電化學(xué)性能發(fā)現(xiàn):Ti3C2Tx電極在0.5mol·dm-3 Li2SO4中具有更佳的倍率性能;在電流密度為100 mA·g-1下的循環(huán)500圈后,放電比容量仍然保持在90mAh·g-1左右。以L(fǎng)iMn2O4為正極、Ti3C2Tx為負(fù)極組成鋰離子電容電池電容電池具有

6、良好的倍率性能和循環(huán)性能,其電壓也可達(dá)到2.4 V,發(fā)現(xiàn)在電流密度為20 mA?g-1時(shí),放電比容量可達(dá)到103 mAh?g-1。
  在0.5 mol·dm-3MgSO4、MgCl2和Mg(NO3)2中,對(duì)Ti3C2Tx電極進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試,發(fā)現(xiàn)Ti3C2Tx電極MgCl2在中的性能較好,當(dāng)電流密度為50 mA·g-1時(shí),其放電比容量達(dá)到86.3 mAh·g-1。通過(guò)測(cè)試Ti3C2Tx電極在0.5、1和2mol·dm-3 Mg

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