碳基纳米材料的合成及其钠离子存储性能研究文献综述

 2022-11-24 10:11

文 献 综 述

1.引言

随着21世纪现代科技和经济的不断发展,地壳中的煤、石油、天然气等不可再生能源被迅速消耗。与此同时,由化石能源燃烧所引起的水污染、大气污染等一系列环境问题日益严重。为了减少传统化石能源的消耗以及环境的污染,人们研发出了各种高效、无污染、可再生并且可以循环使用的绿色新兴能源(太阳能、地热能、海洋能、生物质能、风能等)来逐步降低传统化石能源的使用。然而,这些绿色新兴能源普遍存在缺陷比如:有效利用率较低,不能连续有效的持续使用,存在环境限制。为了克服这一问题,人们需要不断寻找有效的储存方式来最大程度上提高能源的利用。目前而言,规模储能技术主要包括物理储能、电化学储能以及正在研究发展中的电磁储能(如超导电磁储能等)。电化学储能是指以利用电化学反应的可逆性原理而实现电能和化学能之间相互转化的二次电池(可充电电池)储能。电化学储能具有投资少、效率高、使用灵活等优点,成为了科学工作者的研究重点[1-5]

铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池是四种代表性的电化学储能技术。其中锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等特点,是目前综合性能最优的二次电池体系,应用于计算机,电子通讯和电动汽车等各个领域。然而,地球上的锂资源比较有限,锂离子电池的应用却越来越多,越来越广泛,锂离子电池大规模发展受到锂资源短缺的瓶颈制约[6-8]。因此,研发原材料资源广泛、价格低廉的可替代锂离子电池的新型二次电池,以满足大规模储能的需求成为国内外关注的热点。

2.钠离子电池

2.1 钠离子电池简介

目前可代替锂离子电池体系的有钙、镁、铝和钠电池体系,其中钠离子具有丰富的资源和更低廉的价格以及与锂离子电池相似的储能原理,使钠离子电池成为极具发展潜力的大规模储能电池技术,虽然钠离子电池的比容量相对较低,但具有重要的研究价值。

2.2 钠离子电池工作原理

钠离子电池具有与锂离子相似的工作原理,也是一种“摇椅式”的充放电过程。正负极之间需要有不同的电势差。工作机理了分成两个部分,首先充电时、钠离子将从正极材料中脱出,经过电解液嵌入到负极电极材料中。放电过程正好与之相反,为钠离子从负极脱出嵌入正极电极材料中,呈现来回震荡的摇椅状态。这两个过程中,电子经外电路转移始终得以保持电荷的平衡[9-10]

2.3 钠离子电池结构

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