本文主要研究内容
作者师娟（2019）在《缺陷态TiO2包覆Si纳米颗粒电化学性能研究及CuO纳米线负极生长机制探讨》一文中研究指出：由于化石燃料的巨大消耗造成的能源不可逆的损失和日益严重的环境污染问题,全球对电化学动力装置（电池）技术的发展与创新以及相关先进材料的开发给与了极大的关注。电池必须具有高体积（Wh/L）和质量能量密度（Wh/kg）、长的循环寿命以及足够的安全性。可充电锂离子电池由于具有高的能量密度而成为下一代便携式电子产品、电动汽车和公用电网应用的关键电能存储设备。硅（Si）负极具有超高的理论比容量(Li22Si5,4200 mAhg-1),低的储锂电位（0.34 V vs Li/Li+）,并且Si在自然界中储量丰富,而且对环境无污染,因此将Si作为锂离子电池的负极的研究受到了广泛的关注。然而,Si负极在循环期间锂离子的嵌入和脱出的过程中产生巨大的体积膨胀（﹥300%）,并在材料内部形成大的机械内应力,最终导致电极材料的粉碎和与集流体的电接触损失与失效。此外,Si的低电导率和低离子扩散性也抑制了电池高倍率下高容量的实现。与Si材料相比,二氧化钛（TiO2）在高压下安全性和稳定性良好、充放电过程中体积变化小（约4%）且生产成本低。然而,TiO2的低容量限制了其在储能领域的应用。将高容量Si纳米颗粒和体积变化小的TiO2结合将充分发挥各自的优势,可能开发出性能优异的锂离子电池负极材料。本论文中首先采用溶胶凝胶法制备了非晶态TiO2和锐钛矿结构的TiO2并进行了电化学性能测试。对比得知锐钛矿型的TiO2电化学性能优于非晶态TiO2的,但是TiO2的较低的离子电导率较低不利于锂离子的传输,其电池容量较低。因此我们对TiO2进行热处理时通入氢气、氨气分别制造氧空位、氮（N）掺杂缺陷以增加其在电化学循环过程中的锂离子传输通道。电化学性能测试结果表明N掺杂可有效提升电池的循环性能与倍率性能。基于以上研究结果,我们采用溶胶凝胶法在Si纳米颗粒表面包覆一层厚度均匀厚度的TiO2以缓冲和限制Si的体积膨胀。对比纯Si与TiO2包覆后的Si（Si@TiO2核壳结构）的电化学性能发现基于Si@TiO2的电池稳定性有了很大的提升,并且其首次库伦效率也由原来的60%提升至69%。虽然基于Si@TiO2的电池的稳定性大大提升,但其容量仍然不高。作为对比,对Si@TiO2进行热处理时分别通入氢气和氨气以在表面TiO2包覆层中造成缺陷,缺陷的存在为锂离子提供了传输通道,其电池循环与倍率性能均有提升,尤其是首次库伦效率也分别增加至72%和86%,可见在首次循环过程中锂离子的不可逆损失减小。CuO也是一种性能优异的负极材料,其比容量高达670 mAh g-1,而且CuO纳米线（NWs）可以通过直接在空气中氧化制得,制备方法简单、成本低。然而对CuO NWs的生长机制一直存在争议,应力驱动的晶界（GB）扩散机制是目前最被广泛接受的机理,但它不能解释氧分压对CuO NWs生长的影响和具有均匀直径的长单晶CuO NWs的生长机制,这制约了CuO纳米线的可控制备。在本论文中,我们通过Kirkendall效应、应力诱导的GB扩散、表面自由能差异和氧化物表面极化的协同效应更好地解释了热氧化法制备CuO NWs的生长机理,为CuO纳米线的可控制备奠定了基础。
Abstract
you yu hua dan ran liao de ju da xiao hao zao cheng de neng yuan bu ke ni de sun shi he ri yi yan chong de huan jing wu ran wen ti ,quan qiu dui dian hua xue dong li zhuang zhi （dian chi ）ji shu de fa zhan yu chuang xin yi ji xiang guan xian jin cai liao de kai fa gei yu le ji da de guan zhu 。dian chi bi xu ju you gao ti ji （Wh/L）he zhi liang neng liang mi du （Wh/kg）、chang de xun huan shou ming yi ji zu gou de an quan xing 。ke chong dian li li zi dian chi you yu ju you gao de neng liang mi du er cheng wei xia yi dai bian xie shi dian zi chan pin 、dian dong qi che he gong yong dian wang ying yong de guan jian dian neng cun chu she bei 。gui （Si）fu ji ju you chao gao de li lun bi rong liang (Li22Si5,4200 mAhg-1),di de chu li dian wei （0.34 V vs Li/Li+）,bing ju Sizai zi ran jie zhong chu liang feng fu ,er ju dui huan jing mo wu ran ,yin ci jiang Sizuo wei li li zi dian chi de fu ji de yan jiu shou dao le an fan de guan zhu 。ran er ,Sifu ji zai xun huan ji jian li li zi de qian ru he tuo chu de guo cheng zhong chan sheng ju da de ti ji peng zhang （﹥300%）,bing zai cai liao nei bu xing cheng da de ji xie nei ying li ,zui zhong dao zhi dian ji cai liao de fen sui he yu ji liu ti de dian jie chu sun shi yu shi xiao 。ci wai ,Side di dian dao lv he di li zi kuo san xing ye yi zhi le dian chi gao bei lv xia gao rong liang de shi xian 。yu Sicai liao xiang bi ,er yang hua tai （TiO2）zai gao ya xia an quan xing he wen ding xing liang hao 、chong fang dian guo cheng zhong ti ji bian hua xiao （yao 4%）ju sheng chan cheng ben di 。ran er ,TiO2de di rong liang xian zhi le ji zai chu neng ling yu de ying yong 。jiang gao rong liang Sina mi ke li he ti ji bian hua xiao de TiO2jie ge jiang chong fen fa hui ge zi de you shi ,ke neng kai fa chu xing neng you yi de li li zi dian chi fu ji cai liao 。ben lun wen zhong shou xian cai yong rong jiao ning jiao fa zhi bei le fei jing tai TiO2he rui tai kuang jie gou de TiO2bing jin hang le dian hua xue xing neng ce shi 。dui bi de zhi rui tai kuang xing de TiO2dian hua xue xing neng you yu fei jing tai TiO2de ,dan shi TiO2de jiao di de li zi dian dao lv jiao di bu li yu li li zi de chuan shu ,ji dian chi rong liang jiao di 。yin ci wo men dui TiO2jin hang re chu li shi tong ru qing qi 、an qi fen bie zhi zao yang kong wei 、dan （N）can za que xian yi zeng jia ji zai dian hua xue xun huan guo cheng zhong de li li zi chuan shu tong dao 。dian hua xue xing neng ce shi jie guo biao ming Ncan za ke you xiao di sheng dian chi de xun huan xing neng yu bei lv xing neng 。ji yu yi shang yan jiu jie guo ,wo men cai yong rong jiao ning jiao fa zai Sina mi ke li biao mian bao fu yi ceng hou du jun yun hou du de TiO2yi huan chong he xian zhi Side ti ji peng zhang 。dui bi chun Siyu TiO2bao fu hou de Si（Si@TiO2he ke jie gou ）de dian hua xue xing neng fa xian ji yu Si@TiO2de dian chi wen ding xing you le hen da de di sheng ,bing ju ji shou ci ku lun xiao lv ye you yuan lai de 60%di sheng zhi 69%。sui ran ji yu Si@TiO2de dian chi de wen ding xing da da di sheng ,dan ji rong liang reng ran bu gao 。zuo wei dui bi ,dui Si@TiO2jin hang re chu li shi fen bie tong ru qing qi he an qi yi zai biao mian TiO2bao fu ceng zhong zao cheng que xian ,que xian de cun zai wei li li zi di gong le chuan shu tong dao ,ji dian chi xun huan yu bei lv xing neng jun you di sheng ,you ji shi shou ci ku lun xiao lv ye fen bie zeng jia zhi 72%he 86%,ke jian zai shou ci xun huan guo cheng zhong li li zi de bu ke ni sun shi jian xiao 。CuOye shi yi chong xing neng you yi de fu ji cai liao ,ji bi rong liang gao da 670 mAh g-1,er ju CuOna mi xian （NWs）ke yi tong guo zhi jie zai kong qi zhong yang hua zhi de ,zhi bei fang fa jian chan 、cheng ben di 。ran er dui CuO NWsde sheng chang ji zhi yi zhi cun zai zheng yi ,ying li qu dong de jing jie （GB）kuo san ji zhi shi mu qian zui bei an fan jie shou de ji li ,dan ta bu neng jie shi yang fen ya dui CuO NWssheng chang de ying xiang he ju you jun yun zhi jing de chang chan jing CuO NWsde sheng chang ji zhi ,zhe zhi yao le CuOna mi xian de ke kong zhi bei 。zai ben lun wen zhong ,wo men tong guo Kirkendallxiao ying 、ying li you dao de GBkuo san 、biao mian zi you neng cha yi he yang hua wu biao mian ji hua de xie tong xiao ying geng hao de jie shi le re yang hua fa zhi bei CuO NWsde sheng chang ji li ,wei CuOna mi xian de ke kong zhi bei dian ding le ji chu 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自兰州大学的师娟，发表于刊物兰州大学2019-07-29论文，是一篇关于二氧化钛论文,核壳结构论文,硅基负极材料论文,锂离子电池论文,氧化铜纳米线论文,兰州大学2019-07-29论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自兰州大学2019-07-29论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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