《無粘結劑型多孔硬碳基金屬複合纖維氈的儲鈉性能研究》是依託湖南大學，由王太宏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無粘結劑型多孔硬碳基金屬複合纖維氈的儲鈉性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王太宏
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
綠色高效能源的供應對人類可持續發展意義重大。相比於鋰離子電池，鈉離子電池存在鈉礦豐富、造價低的優點。因鈉離子半徑大，來源廣、污染小、安全性好的碳材料作為鈉離子電池負極存在比容量低、循環穩定性欠佳、倍率容量低等不足。碳材料改性或第二組分修飾是提高其儲鈉性能的方法。初步研究的石墨烯/二硫化錫雖具有較高的儲鈉容量，但仍不能同時解決碳材料儲鈉存在的上述三問題。本項目主要研究影響碳纖維基複合氈儲鈉比容量、穩定性和倍率性能的因素及作用機理，重點解決碳纖維基複合材料儲鈉性能與微觀結構關係的科學問題並建立材料合成方法。項目以“高儲鈉容量金屬合成的副產物為硬碳纖維活化劑而製備無粘結劑型硬碳基複合纖維氈”為核心思想，通過改善碳纖維孔結構、石墨層間距、電導率、儲鈉金屬的屬性、含量、分布狀態等方面提高其儲鈉比容量、循環穩定性、倍率性能，突破碳材料儲鈉綜合性能差和工業化套用的瓶頸，拓寬提高碳材料儲鈉性能研究的思路。
結題摘要
二次電池對人類可持續發展具有重要的意義。以鋰離子電池為代表的二次電池已經極大地改變了人類的生產和生活，然而有限的鋰礦資源將可能成為鋰離子電池更大範圍套用的障礙。鈉資源比鋰更豐富，鈉離子電池替代鋰離子電池具有堅實的物質基礎。因鈉離子半徑大，來源廣、污染小、安全性好的碳材料作為鈉離子電池負極存在比容量低、循環穩定性欠佳、倍率容量低等不足。本項目主要研究了影響碳纖維基複合材料儲鈉比容量、穩定性和倍率性能的因素及作用機理，重點解決碳纖維基複合材料儲鈉性能與微觀結構關係的科學問題並建立材料合成方法。取得如下結果：（1）發現了“聚乙烯醇-鉬酸銨”體系的相分離現象、原理及影響因素；結合靜電紡絲法、噴霧乾燥法合成了二氧化鉬@碳核殼纖維、中空多孔的碳納米管、三氧化鉬@碳複合纖維、紅細胞狀多孔碳球、碳化鉬-碳等電極材料，研究了其儲能性能及影響機制，構建了基於“聚乙烯醇-鉬酸銨”相分離原理的碳纖維、碳球複合材料製備方法、調控原理；（2）採用靜電紡絲法合成了錫、銻基石墨烯-碳纖維複合纖維，構建了二氧化鈦保護的、類線管結構儲鋰/鈉負極，揭示了碳纖維和二氧化鈦外殼保護對儲鋰/鈉穩定性的作用機制，發現了石墨烯對金屬粒子穩定性的作用機制；（3）探索了石墨烯、二氧化鈦等保護殼對儲能材料的保護機制，建立了核殼型複合材料的合成方法，合成了超薄二氧化鈦殼保護的硫參雜多孔碳球，揭示了硫原子對碳材料儲鈉性能提升的機理。本項目研究成果為碳纖維及其複合材料的合成提供了新思路，為二次電池電極的設計、製備提供了新方法，為碳纖維複合材料在能源、環保等領域的套用提供了基礎。
