《石墨烯/釩氧化物納米複合材料的界面構築及性能研究》是依託武漢理工大學，由朱泉嶢擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯/釩氧化物納米複合材料的界面構築及性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱泉嶢
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米複合材料的結構設計與可控制備是材料製備的研究方向，其中納米界面結構與電子傳導、離子傳輸間的關係是納米材料領域研究中亟待闡明的關鍵問題。項目提出通過水熱法、溶膠-凝膠法和固相合成法等製備出石墨烯/釩氧化物納米複合儲能材料。研究石墨烯/釩氧化物複合材料的組分與結構設計、納米結構調控、製備過程與機理及其該複合界面中的電化學機理，特別是石墨烯與釩氧化物界面和電化學性能關係，揭示納米複合材料中的儲鋰機制、離子輸運與電子傳導規律。另外，通過對石墨烯表面進行表面修飾，控制其表面活性位點，可控構築石墨烯與釩氧化物的界面狀態，設計出具有高功率密度和高容量保持率的納米複合材料。通過本項目的研究，可以豐富石墨烯/釩氧化物複合材料的微觀界面調控方法，結合其電化學性能的評價，將進一步揭示納米複合電極中離子輸運機理，為石墨烯/釩氧化物納米複合儲能材料在大功率器件中的套用提供重要的理論和實驗依據。
結題摘要
本項目的研究包括三部分：一是圍繞電池和超級電容的容量以及循環穩定性提升，對釩氧化物負極材料進行了改性研究；二是對磷酸鐵鋰正極材料的電池性能進一步最佳化進行了實驗和理論驗證；三是在對交聯聚苯乙烯材料的閃絡性能進行了研究。 獲得以下主要結果： 一、製備了V3O7•H2O /石墨烯和V3O7•H2O /CNTs複合材料。V3O7•H2O/石墨烯作鋰離子電池正極材料。電流密度為100 mA/g時，首次放電比容量為243.6mAh/g，第100次循環的放電比容量為212.6mAh/g，容量保有率為87.3%；電流密度為800 mA/g時，首次放電比容量為179.2mAh/g，第100次循環的放電比容量162.3mAh/g，容量保有率為90.6%。石墨烯提高了V3O7•H2O的導電率，石墨烯含量越多，電荷轉移電阻越小。作為超級電容器電極材料，Na2SO4水溶液作為電解液，電流密度為200 mA/g時，其放電比電容分別為134 F/g。而V3O7•H2O/CNTs複合材料在1 M LiClO4/PC電解液中，掃描速率為1 mV/s時，體積比容量達到了111.9 F/cm3。 採用溶膠凝膠和冷凍乾燥製備了MoxV2-xO5+y和NixV2O5+y納米材料。400 mA/g電流密度下，Mo0.04V1.96O5+y初始放電比容量為223.8mAh/g，50次循環後容量保持率為64.91%； Ni0.04V2O5+y首次放電比容量為225.6mAh/g，50次循環後容量保持率為71.2%。 二、磷酸鐵鋰正極材料中，Li+在ac晶面擇優取向的LiFePO4納米顆粒中具有更高的嵌鋰動力學。不同充放電深度磷酸鐵鋰電極經歷的相轉變路徑不同。揭示了低倍率充放電的不對稱特性。磷酸鐵鋰以10C倍率充放電，場強達到新相出現的臨界。當電流密度小於2C時，大部分顆粒幾乎同時發生相變且在單顆粒中LiFePO4和FePO4兩相併存；當電流密度大於2C時，LiFePO4單顆粒中形成連續擴散的界面，在單個顆粒中存在不穩定的中間相成分，當在電流密度高於10C時，在過電勢梯度分布的電極中出現穩定且可逆的固溶相組分(組成為LixFePO4)，此時相分離被抑制，電極材料經歷單相轉變，進一步揭示了固溶相的存在是磷酸鐵鋰具有高倍率性能的原因。 三、採用CF4電漿表面改性和導電微帶技術增強了交聯聚苯乙烯的閃絡特性。
