基于海藻酸碳源的碳气凝胶/二氧化钼纳米复合材料的多相储能研究

摘要

长久以来，海藻酸钠作为一种提取自褐藻的天然高分子多糖聚合物，因其独特的生物相容性与离子络合性等特点被广泛应用于纺织印染、医药辅料等领域，本论文利用其离子交换的特点，将溶解后的海藻酸钠滴入盐酸中生成海藻酸水凝胶，进一步通过冷冻干燥的方法制成海藻酸气凝胶后进行碳化，并与二氧化钼进行复合，这种方法简单高效且对环保无污染。对复合材料在锂离子电池负极材料和锂硫电池正极材料方面的应用进行研究，结果表明在自然界中储量丰富的生物质材料海藻酸钠可以作为一种高导电性、环境友好的碳源应用于新能源领域，延伸了海藻酸钠的应用范围，可以对商业化的石墨材料进行相应替代，主要研究内容及结论如下：
　　将海藻酸钠络合后的水凝胶冷冻干燥制得气凝胶，通过高温煅烧后与二氧化钼进行复合；探讨了钼酸铵在不同温度下氧化的相转变过程，结果表明，钼酸铵在350℃能够完全氧化成三氧化钼，继续升高温度会导致三氧化钼的结晶晶粒尺寸增大，而高于400℃的氧化温度会导致海藻酸钠被完全氧化，无法进行进一步对三氧化钼的碳热还原过程，因此将氧化温度定于350-400℃之间。
　　以海藻酸钠为碳源，钼酸铵为钼源，通过一步煅烧的方法原位合成了碳气凝胶包覆纳米二氧化钼的复合物，煅烧后的样品在保持原有的气凝胶结构的同时，具有极高的导电性，研究表明通过375℃氧化的样品表现出最优异的锂电性能，在200mA g?1的电流密度下进行120次循环后比容量仍然可以稳定保持在490mAh g?1，高于海藻酸钠纯碳气凝胶样品的性能。
　　通过KOH对海藻酸钠制成的碳气凝胶进行活化处理，在活化后的多孔碳上用非原位的方法负载不同比例的二氧化钼，将复合材料应用于锂硫电池正极材料，研究结果表明当二氧化钼的质量分数为15%时，样品具有最好的锂硫电池性能，在1C（1C=1675mAh g-1）的电流密度下循环100次之后可以保持632mAh g-1的比容量，在比容量、稳定性、库伦效率等各方面都远高于纯海藻酸气凝胶和其他质量分数（5wt%、10wt%、20wt%）的二氧化钼作为载体时的性能。

目录

引言

第一章 绪论

1.1海藻酸的结构性能及应用

1.2锂离子电池发展及研究现状

1.3锂硫电池的概述与研究现状

1.4本论文的主要研究内容和研究意义

第二章 实验原料、设备与表征方法

2.1实验原料

2. 2实验仪器与设备

2. 3表征方法手段

第三章 钼酸铵氧化的相转变过程研究

3.1实验原料与仪器

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

第四章 海藻酸基多孔碳/二氧化钼气凝胶复合物用作锂电负极材料的研究

4.1实验原料与仪器

4.2 实验方法

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 二氧化钼负载的海藻酸基多孔碳作为锂硫电池正极材料的性能研究

5.1实验原料与仪器

5.2 实验方法

5.3 结果与讨论

5.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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