基于普鲁士蓝类合物电极材料的热电池性能研究

摘要

新能源的开发是目前解决能源危机的有效途径之一。新能源包括太阳能、生物质能、热能、风能等，其中对热能的转换利用备受研究者的关注。热电池是一种集热电能量转换和能量存储于一体的新型器件，通过一个热动力循环实现热能到电能的转换。即当一种材料具有负温度系数时，一个充放电循环将高温吸收的能量，在低温以电能的形式释放出来，这也为热能的利用提供了新的方向。
　　本文针对普鲁士蓝类合物及其碳基复合材料在热电池上的应用做了如下研究：
　　(1)采用直接沉淀法制备了钴基普鲁士蓝类合物（CoHCF），并对其微观结构进行了表征分析。研究了CoHCF电极材料的室温条件下的电化学性能以及变温条件下的温度系数、热电转换性能。实验测得CoHCF电极材料的温度系数为-0.6958mV K-1。在45℃充电、15℃放电条件下的测试结果为充电容量Qch为17.1171mAh g-1，放电容量Qdis为16.8720mAh g-1，则库伦效率为98.57％；(-V)dis为629.9mV，(-V)ch为622.0mV。
　　(2)采用直接沉淀法制备了新型催化剂前驱体酒石酸亚铁（C4H4O6Fe），并对其不同分解温度下的产物微观结构变化进行了研究。以C4H4O6Fe为催化剂前驱体，采用化学气相沉积法制备了螺旋碳纳米管（HCNTs），并研究了其不同生长温度下微观形貌变化。除此之外，还分析了纯化处理对HCNTs微观结构的影响。当温度大于600℃时，C4H4O6Fe分解可得到多孔Fe微米颗粒。实验中HCNTs的最佳生长温度为550℃。
　　(3)采用共沉淀法制备了CoHCF/HCNTs复合材料，并对其微观结构进行了表征分析。研究了CoHCF/HCNTs复合材料的室温条件下的电化学性能以及变温条件下的温度系数、热电转换性能。实验测得CoHCF/HCNTs复合材料的温度系数为-0.8903mV K-1。在45℃充电、15℃放电条件下的测试结果表明，充电容量Qch为20.2mAh g-1，放电容量Qdis为19.5mAh g-1，库伦效率为96.53%；(-V)dis为605.3mV，(-V)ch为589.2mV。与CoHCF电极材料相比，复合材料的电化学性能和热电转换性能有了一定的提升。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 热电池基本理论

1.3 普鲁士蓝类合物概述

1.4 碳基复合电极材料的研究进展

1.5 论文选题及研究内容

第二章 热电池电极的制备及性能测试

2.1 实验主要仪器及药品

2.2 热电池电极的制备和热电池的组装

2.3 热电池电化学性能及热电转换性能测试

2.4 热电池控温系统的搭建

2.5 本章小结

第三章 CoHCF电极材料的热电池性能研究

3.1 CoHCF的制备及微观结构表征

3.2 室温条件下的电化学性能分析

3.3变温条件下的电化学性能及热电转换性能分析

3.4 本章小结

第四章 HCNTs的制备与表征

4.1 C4H4O6Fe的制备及其分解产物微观结构表征

4.2 HCNTs的制备及其微观结构表征

4.3 本章小结

第五章 CoHCF/HCNTs复合材料的热电池性能研究

5.1 CoHCF/HCNTs复合材料的制备及微观结构表征

5.2 室温条件下的电化学性能分析

5.3变温条件下的电化学性能及热电转换性能分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 本论文的创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果