聚吡咯与聚苯胺用作锌离子电池正极材料性能研究文献综述

 2022-07-17 06:07

毕业设计文献综述

引言

环境是人类生存和发展的基础,随着环境的污染,全球气候变暖,煤炭和石油等不可再生能源不断消耗,人类社会对开发新能源的要求越来越迫切。随着信息化时代的到来,储能器件在当今越来越起到主导的作用。锂离子电池因其高电压,高能量密度的优势占据二次电池的大部分市场。然而,锂离子电池的有机电解液所带来的安全性问题也越来越突出,如:锂离子电池的安全性差,有发生爆炸的危险;生产条件要求高,成本高;使用条件有限制,高低温使用危险大。

因此开发高安全性,高能量密度的下一代新型储能装置迫在眉睫。锌离子电池是近年来发展起来的一种新型二次水系电池,具有高能量密度、高功率密度、放电过程高效安全、制备工艺简单等优点,在大型储能等领域具有很高应用价值和发展前景。但是,锌离子电池发展的局限性主要在于:可逆地嵌入与脱出锌离子的正极材料相对较少。因此开发可逆脱嵌锌离子的正极材料成为锌离子电池研发的主要方向之一。

  1. 国内和国外同类研究概况

目前,锌离子电池正极材料主要有二氧化锰、五氧化二钒和金属铁氰化物、导电高分子[1]。但与金属氧化物相比,导电聚合物具有制备简便、导电性好、调制方便、质量轻、耐腐蚀、易加工等优点,同时具有独特的掺杂机制。随着对导电聚合物研究更加深入,又相继发现了这类聚合物还具有良好的光电特性,氧化还原特性,电化学机械特性等,因此被认为是二十一世纪最具商业价值的导电材料。

  1. 目前常用的正极材料

1.1二氧化锰

二氧化锰具有价格低廉和环境友好的优点。同时,二氧化锰有锰的可变价态和突出的离子存储性能[2-4],近来作为电极材料在新型锌离子电池等化学电源上有突出的性能[5-7]。 在电池反应中,二氧化锰会发生结构的转变,转变为尖晶石形状的三价锰相(ZnMn2O4)、隧道型的二价锰相(ZnxMnO2)和层状的二价锰相(ZnxMnO2),这三种锰相在放电完全后是共存的[8]。此外人工石墨在正极的最佳添加量为活性物质二氧化锰的质量分数35%,此时达到最大放电比容306 mAh/g,要比质量分数20%添加量的放电比容量高出120%;人工石墨在负极的最佳添加量则为活性物质超细锌粉的质量分数20%,此时达到最大放电比容量306 mAh/g,要比质量分数25%添加量的放电比容量高出163%。产生以上结果的原因在于二氧化锰不导电,且相比于超细锌粉,制备出的纳米alpha;-MnO2颗粒更细小,比表面积更大,因此需要更多的导电剂与其接触[9]。二氧化锰作为电池材料具有价格低廉,原料来源广泛,环境友好等优势。但是二氧化锰导电性差。

1.2 五氧化二钒

V2O5是一种层状结构的金属氧化物,近年来已成为二次电池的研究热点一,尤其是以V2O5制备的锂离子二次电池正极材料[10]。由于锌离子半径(0.074 nm)只比锂离子半(0.068 nm)稍大,且外层3d电子使它具有较大的变形性,因此锌离子可以在V2O5晶格中脱嵌。

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