《新型類碳結構釩青銅納微結構調控和充放電性能研究》是依託福州大學，由費海龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型類碳結構釩青銅納微結構調控和充放電性能研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：費海龍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國釩礦儲量豐富，釩青銅具有廉價、容易合成、能量密度高，在高容量鈉離子電池正極材料方面，具有開發潛力。本項目擬通過插層雙陽離子於NH4V4O10和NH4V8O20，誘導合成新結晶結構的(類石墨硝酸鹽結構)雙陽離子插層的(NH4)0.58-xAxV2O5(A=Na、K、Li、Ca、Sr和Ba)釩青銅納米-亞微結構，研究類石墨硝酸鹽結構的雙陽離子插層的釩青銅的形成機理，並作為鈉離子電池正極材料，研究脫嵌鈉過程中雙陽離子插層釩青銅的結構變化和鈉離子的擴散規律，揭示其電化學反應機理，通過改變插入陽離子的數量和種類，最佳化類石墨硝酸鹽結構釩青銅的電化學性能，達到改進類石墨硝酸鹽結構釩青銅的循環穩定性和放電比容量，研究材料的形貌和電化學性能的關聯。提供一種簡單方法製備類碳結構無機材料。揭示鈉離子在類石墨硝酸鹽結構釩青銅中的插層規律，為發現新型高容量和循環穩定的新型釩基鈉離子電池正極材料奠定基礎。
結題摘要
本項目通過水熱和低溫固相熱處理NH4V4O10，得到方片狀的類石墨硝酸鹽結構的銨釩青銅，方片的長和寬大約在0.6 微米左右，分子式為(NH4)0.19V2O5 •0.44H2O。通過增加偏釩酸銨用量，製備方塊和長板狀的類石墨硝酸鹽的銨釩青銅；通過加入硝酸銨，得到微片輻射排列組成的微花狀的類石墨硝酸鹽結構的銨釩青銅。通過插層鈉離子，得到銨根離子和鈉離子共插層的微花形狀的類石墨硝酸鹽結構的銨釩青銅納米-亞微結構。板狀的類石墨硝酸鹽結構的銨釩青銅作為鈉離子電池正極材料，在放電過程中，首次充放電循環容量為139.3 mAhg-1，充放電循環10次，容量保持在110.1 mAhg-1。形貌對類石墨硝酸鹽結構的電化學性能按從高到低的順序為：花狀〉板狀〉方片狀〉鈉離子插層的類石墨硝酸鹽結構的銨鈉釩青銅。通過製備石墨烯摻雜類石墨硝酸鹽，顯著地改進電化學性質。循環40次的放電比容量可達到142 mAhg-1。通過改變羧酸的用量，成功製備新結晶結構的VO2•1.65H2O微球，VO2•1.65H2O與石墨烯復材料作為鈉離子電池負極材料，放電比容量達到336.1 mAhg-1, 循環20次後的比容量達到303.1 mAhg-1。通過改變插層離子種類（Li+，K+，Mg2+, Ca2+，Sr2+, Ba2+），未能誘導合成雙陽離子插層的類石墨硝酸鹽結構釩青銅。Li+引入得到V6O13微花，作為鈉離子電池正極材料，放電比容量可達到225.7 mA h g-1。Mg2+導致合成NH4V4O10納米棒，NH4V4O10展現較高的容量和循環穩定性，歸因於晶體結構的微小改變，改進反應動力學和鈉離子轉移速率。K+插層（NH4）2V3O8，未得到類石墨結構的釩青銅，所製備的鉀離子插層的（NH4）2V3O8/石墨烯複合材料，作為鈉離子電池的負極材料，循環100次後的放電比容量可達到235.4 mA h g−1。Ca2+，Sr2+, Ba2+等陽離子插層NH4V4O10，未能得到純相釩氧化物。通過改變羧酸和偏釩酸銨反應物的配比，得到了NaHV6O16結構的(NH4)2V6O16，鈉離子插層的(NH4)2V6O16，作為鈉離子電池正極材料，放電比容量可達到200 mAhg-1. 性能優於(NH4)2V6O16，歸因於減小電荷轉移電阻。
