《鋅基水滑石類化合物作為鋅負極活性材料的研究》是依託中南大學，由楊占紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋅基水滑石類化合物作為鋅負極活性材料的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊占紅
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對鎳鋅二次電池中鋅負極放電產物易溶於鹼性電解液，從而產生的一系列導致電池循環壽命降低的難題，利用水滑石類化合物獨特的構築單元可調控、結構可恢復、柱撐陰離子可交換等性能，擬採用插層和離子交換的方法進行超分子組裝，製備含有不同層板陽離子、柱撐陰離子的鋅基水滑石，以此作為電極活性材料，套用多種電化學方法系統研究電極的電化學過程，揭示水滑石層狀結構及主客體離子組成尤其是客體陰離子對鋅電極電化學性能的影響及機理。擬採用摻雜、表面包覆、複合等手段對水滑石電極進行進一步改性，結合電極反應過程的熱力學和動力學，探討改性對電極電化學性能的作用機制。水滑石類化合物是一種優秀的功能材料，將其作為二次電池電極活性材料是全新的嘗試，該研究不僅能為鋅電極循環壽命的提高提供新思路和新方法，同時也為水滑石類化合物作為電極材料提供了理論依據和實驗基礎。
結題摘要
鋅鎳二次電池的鋅電極在循環過程中其放電產物在鹼性電解液中高度溶解而造成電極形變、鋅枝晶的生長以及自腐蝕與鈍化等問題，嚴重影響電池的充放電性能，縮短循環壽命。水滑石類化合物具備主體層板組成和結構的可調控性，層間陰離子的可交換性和在鹼性電解液中具有一定的電化學反應活性，對鹼性環境比較穩定，不易在鹼性電解液中腐蝕溶解的性質；另外，其獨特的層板結構可以有效地防止鋅離子的逃逸，使鋅離子處於受控狀態，從而可以有效抑制鋅電極的變形和枝晶的生成，顯著提高相應電極的循環壽命。通過製備鋅錫鋁和鋅鋁銦等不同類型層板陽離子的三元水滑石以及十二烷基硫酸根等不同陰離子插層的水滑石，採用SEM、TEM、IR、XRD等方法對樣品進行表征，電化學測試以及循環壽命測試結果表明相對於鋅鋁二元水滑石，此類水滑石可以有效減緩電極腐蝕和氫氣的析出，提高電極活性物質利用率以及增加電池的循環壽命；另外，針對鋅鋁水滑石導電性不佳的問題，利用表面包覆、複合等手段對其進行改性研究，主要考察了銀粒子、聚吡咯、碳納米管等材料對水滑石性能的影響，交流阻抗分析得出經過此類材料修飾過的水滑石其電荷轉移電阻大大減小，提高了放電平台，降低了充電平台，從而大大提高了水滑石的充放電性能和循環壽命；將不同類型的鋁基水滑石作為鋅鎳電池氧化鋅電極的添加劑是一種緩解鋅電極放電產物易溶於鹼液的有效手段，經水熱法製備的鋅錫鋁水滑石及鈣鋁水滑石進行電化學測試，結果顯示此類添加劑有效降低氧化鋅的溶解並且抑制鋅枝晶的形成，從而極大地提升了氧化鋅電極的循環性能；本項目基於鋅基水滑石在鹼性電解液中的穩定性及其獨特的層板結構，將其作為鋅負極活性材料具備一定的可行性，解決了電池循環壽命短的問題；若把這種新型負極材料進行商業化生產，將帶動和推動環境友好新材料在我國和世界的廣泛套用和發展。
