《普魯士藍及其複合正極材料的儲鈉性能及機理研究》是依託河南師範大學，由劉陽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：普魯士藍及其複合正極材料的儲鈉性能及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉陽
- 依託單位：河南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
普魯士藍類材料作為鈉離子電池正極，價格低廉、理論比容量高，具有良好的套用前景。近期，我們在NaxFeFe(CN)6的合成和儲鈉性能研究中發現，材料的電化學性能與Na+占位有關，富鈉態材料的儲鈉容量及首次庫倫效率更佳。然而，普魯士藍類材料存在首次庫倫效率低和大電流密度下循環穩定性較差等問題，需進一步改善其儲鈉性能。本項目提出開展普魯士藍及其複合正極材料的儲鈉性能及機理研究。通過調控合成條件來控制材料的粒徑、形貌和微納結構。結合理論計算和電化學測試，闡明材料微納結構、電極表界面性質、鈉離子配位環境、空位、結晶水與儲鈉容量及庫倫效率的構效關係，尋求提高儲鈉容量的最佳方案。進一步採用導電高分子修飾，研究複合材料充放電過程中結構變化及表界面問題，揭示儲鈉機制和動力學性質，建立具有代表性的普魯士藍複合正極材料，提出切實可行的改性策略。為普魯士藍在鈉離子電池中實際套用提供理論依據與借鑑思路。
結題摘要
普魯士藍具有開放式隧道框架結構，有利於鈉離子的存儲，將其作為鈉離子電池正極，套用優勢明顯。然而，普魯士藍類材料存在首次庫倫效率低和大電流密度下循環穩定性差等問題，需進一步改善其儲鈉性能。本項目提出通過製備普魯士藍及其複合正極材料提高儲鈉性能，揭示其儲鈉機制和動力學性質，建立具有代表性的普魯士藍及其複合正極材料。在項目執行實施過程中，我們採用水熱法合成NaxFeFe(CN)6，系統地考察鹽酸對材料結構和性能的影響，鹽酸不但作為刻蝕劑影響材料的形貌，同時作為催化劑，可推動化學反應的進行。採用已合成的碳材料作為負極，組裝全電池，能夠將發光二極體點亮。其次，我們通過共沉澱法合成了KxNayMnFe(CN)6材料，並對儲鈉機制進行分析，鉀離子的引入有利於穩定材料結構，同時，鉀離子的部分脫出為鈉離子嵌入提供空間，將其作為正極，表現出很好的倍率性能及循環穩定性。而後，我們採用共沉澱法合成了NaxFeFe(CN)6，考慮到材料中結晶水以及缺陷會對其電化學性能有一定的削弱，利用低溫熱處理的方式，在普魯士藍材料表面包覆一層氧化鋅，同時也能夠脫除材料中的部分結晶水，進一步穩定材料的結構。將其作為正極材料，經過包覆後材料的倍率性能和循環穩定性均得到了明顯的提高。本項目採用液相化學法製備了一系列的普魯士藍電極材料並組裝了鈉離子全電池，通過表面包覆對材料進行改性以提高其電化學性能。本項目的完成為普魯士藍材料在鈉離子電池中實際套用提供了理論依據與借鑑思路。在項目資助下，本項目研究成果發表在Advanced Functional Materials，Chemical Communications，Chemistry – A European Journal等雜誌，總計SCI論文12篇，申請國家發明專利3項，完成預期目標。
