论文部分内容阅读
随着社会的高速发展,不可再生资源也越来越缺乏,例如:煤、石油、天然气等。就目前而言,不可再生能源已经很难满足我们未来的生活需求,因此发展绿色可持续的能源迫在眉睫。可充电电池、超级电容、太阳能电池等这些高效率的能源储能和转换装置引起了人们的重视,并有望成为不可再生能源的替代品。而能源储能装置中的锂/钠离子电池由于其价格便宜、能量密度高的特性被广泛的应用在电网和不同的便携式电子产品中。本论文将针对铁基硫化物作为锂/钠离子电池两用的负极材料展开研究。一方面铁基硫化物材料具有资源丰富、价格低廉、绿色无毒和比容量高等特点,另一方面与高比容量的金属氧化物相比,其导电率更高,循环过程中体积膨胀的更小。然而,铁基硫化物在实际应用过程中也有许多问题,例如合成过程复杂,并且在锂/钠离子电池循环过程中容易产生一定的体积膨胀。为了解决这些问题,我们通过控制反应过程中不同的合成温度以及冷却方式,测试其电化学性能,最终得到在冰水骤冷,反应温度为180?C条件下的FeS2表现出优异的电化学性能。在电流密度为200 mA·g-1下,经过200圈的循环后其容量仍能保持在384 mAh·g-1。为了进一步克服其在储能过程中材料由于体积膨胀引起的容量衰减,将FeS2材料在氩气氛围下500?C煅烧4 h使其发生部分相变从而引入Fe7S8相,最后生成FeS2/Fe7S8复合物使材料性能得到提高。Fe7S8相的引入能够有效的减小颗粒尺寸、减缓体积膨胀,与FeS2相发生协同作用从而提升其电化学性能。实验结果表明,FeS2/Fe7S8复合物在电流密度为200 mA·g-1循环200圈后,钠离子电池的比容量高达609 mAh·g-1。还原氧化石墨烯具有高导电性和比表面积,结构灵活性大,化学性能稳定,将其应用于锂/钠离子电池中有助于提高电化学性能。因此本文通过简单的油浴热法一步合成FeS2/RGO,并将其在500?C高温下煅烧4 h,得到FeS2/Fe7S8/RGO材料。在钠离子电池循环测试中,FeS2/Fe7S8/RGO在电流密度为200 mA·g-1,循环200圈后容量仍保持在640 mAh·g-1;并且在锂离子电池循环测试中,在电流密度为500 mA·g-1时,经过300次循环后,材料的放电比容量仍保持在1044 mAh·g-1,即使在大的电流密度为2 A·g-1时,循环3000圈后容量还保持在492 mAh·g-1。