碲化铋水热合成及在温差电池和锂电池中的应用

摘要

热电器件能实现热能和电能相互直接转换，它不光具有反应迅速、使用寿命长、几乎无需维护等众多优点，而且还可以做成各种形状、不同尺寸，因此热电器件具有极为广泛的应用，而碲化铋（Bi2Te3）材料是研究最早的热电材料之一，使用碲化铋系材料制作的热电器件几乎垄断了室温区。本论文旨在就热电臂尺寸对温差电池效率的影响给出一个直观的认识并研究电池效率跟材料性质的关系，同时扩展Bi2Te3材料在锂电池上的应用。
　　使用水热法制备出了各种不同形貌的Bi2Te3材料，并分析总结出了反应时间对材料形貌的影响机理，即随着反应时间的延长，Bi2Te3材料大致呈现维数降低的变化，同时在制备Bi2Te3材料的过程中，增大NaOH的浓度并引入磁力搅拌，成功地在低温（80℃）环境下合成了纳米尺寸的材料；测试 Bi2Te3块体材料的热电性能，结果在425K时，电导率和Seebeck系数都达到最大值，分别为501S/cm和112μV/K；最后使用Bi2Te3和Sb2Te3块体材料制成截面积一定，高度不同的单对PN温差电池，结果显示高度为7.3mm的温差电池在60K和160K温差时都输出了最大功率，分别是0.874μW和8.023μW。
　　同时扩展了Bi2Te3的应用范围，研究了Bi2Te3材料做锂离子电池负极材料的可能性。通过测试电池的充放电曲线，得出Bi2Te3的充放电电压平台约为0.8V，满足锂电池负极材料的要求，首次放电容量达到了806.3mAh/g，首次充电容量只有318.7mAh/g，容量衰减较快，在完成20次充放电后，容量稳定在约30mAh/g。对该电池进行了交流阻抗谱的测试和拟合，得出了该体系的等效电路，通过对比使用前后的电池的等效电路参数的变化，得出了电池比容量严重衰减的原因。

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第一章 绪论

1.1 热电材料的相关理论

1.2 热电材料的发展历史和研究现状

1.3 热电材料的合成方法

1.4 热电器件的发展历史和研究现状

1.5 本论文的选题和意义

第二章 碲化铋（锑）材料的制备及成形机理探讨

2.1 水热法制备碲化铋材料

2.2 水热法制备碲化锑及表征

2.3 本章总结

第三章 材料热电性能测试和器件尺寸研究

3.1 热电性能研究

3.2 热电臂尺寸优化

3.3 本章总结

第四章 碲化铋材料做锂离子电池负极材料的研究

4.1 锂离子电池负极材料

4.2 碲化铋作锂离子电池负极材料的研究

4.3 本章总结

第五章 总结

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间取得的成果