铋基负极材料的制备及电极性能的研究

摘要

氧化铋（Bi2O3）被认为是一种有应用前景的镍氢电池负极材料，具有低成本、低毒、安全性高等优点。然而实际上有关于氧化铋作为镍氢电池负极材料的报道却很少，本文围绕氧化铋材料的制备及其电极性能开展了如下的工作：
　　（1）中空管状结构Bi2O3的合成及其电化学性能
　　本章中采用水热法在不同条件（pH值，水热温度，水热时间）下一步合成出Bi2O3粉体材料。实验结果表明，材料的合成条件在一定程度上影响了氧化铋的结构和电化学性能。光滑中空管状结构Bi2O3的最优合成条件为：pH=13，水热温度为180℃，水热反应时间为15小时。中空管状结构Bi2O3用于镍氢电池负极材料表现出了较好的电化学性能，最大放电容量为295mAh/g，在充放电循环50次后，容量保持率超过89%。
　　（2）铋基/石墨烯复合材料的电极性能研究
　　本章节利用氧化石墨烯的大比表面积、高导电性和催化特性，改性碱式碳酸铋（Bi2O2CO3）的形貌结构，提高其导电性和反应活性点，从而实现改善材料的电极性能。在水热条件下，纳米Bi2O2CO3颗粒均匀地生长在石墨烯表面，形成石墨烯改性碱式碳酸铋复合材料。电化学测试结果表明，复合量为3wt%氧化石墨烯（TNGO）的样品显示了最高的首次放电容量（320mAh/g），但50次循环后，容量保持率仅为82%。复合3wt%高纯还原石墨（TNPRGO）的样品展示了最优的循环稳定性，其在60mA/g的电流密度下，循环50次后放电容量保持最大放电容量（305mAh/g）的87%。氧化石墨烯改性碱式碳酸铋复合材料电极最大放电容量的提高归因于氧化石墨烯（TNGO）表面大量的官能团起到催化作用，提高了电极材料的反应活性。实验结果说明高纯还原石墨烯的复合有效改善了的电极的循环稳定性，主要来源于高纯还原石墨烯稳定的物理化学结构，为电极材料在充放电反应过程中提供了稳定的结构，从而提升了电极的循环稳定性。
　　（3）纳米结构Bi2S3及其石墨烯复合材料
　　本文最后采用水热法制备了纳米棒状和管状的Bi2S3以及Bi2S3/氧化石墨烯复合材料。实验结果表明，Bi2S3纳米管的最大放电容量达到330mAh/g，50个循环后容量仅为86mAh/g。虽然Bi2S3/石墨烯复合电极材料的最大放电容量为275mAh/g，但50个充放电循环后，放电容量仍然保持240mAh/g，容量保持率达到88%。复合电极材料良好的循环稳定性能得益于氧化石墨烯的复合提供了稳定的二维结构，细化了硫化铋的颗粒，大幅度提高材料的电导率和反应活性点。而管状Bi2S3在充电过程中结构容易被破坏，导致容量急剧下降，循环性能差。

目录

声明

第一章 绪 论

§1.1引 言

§1.2碱性二次电池发展和基本原理

§1.3氧化铋（Bi2O3）

§1.4本论文的研究目的和主要研究内容

第二章 实验原理及方法

§2.1实验原料基设备

§2.2 铋基化合物样品的制备

§2.3材料结构分析和形貌观察

§2.4材料电化学性能的测试

第三章 中空管状结构Bi2O3的合成及其电化学性能

§3.1引言

§3.2中空管状结构Bi2O3的制备

§3.3 不同条件下制备的Bi2O3的结构形貌分析

§3.4材料的电化学性能分析

§3.5 本章小结

第四章 一种新型的铋基/石墨烯复合材料的合成与电极性能

§4.1引言

§4.2铋基/石墨烯复合材料的制备

§4.3铋基/氧化石墨烯复合材料的组织形貌分析

§4.4铋基/石墨烯复合材料的电化学性能分析

§4.5本章小结

第五章 纳米结构Bi2S3及其石墨烯复合材料

§5.1引言

§5.2纳米结构Bi2S3及其石墨烯复合材料的制备

§5.3样品的结构分析和形貌表征

§5.4样品的电化学性能分析

§5.5本章小结

第六章 结论与展望

§6.1结论

§6.2展 望

参考文献

致谢

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