新型結(jié)構(gòu)自充電電池的研究.pdf

1、自充電電池是納米發(fā)電機(jī)和鋰離子電池有機(jī)結(jié)合的整體，可以使能量轉(zhuǎn)換和能量存儲(chǔ)融合到一步完成，提高能量轉(zhuǎn)換和能量存儲(chǔ)的總效率。目前自充電電池由于結(jié)構(gòu)原因主要存在三個(gè)方面的問(wèn)題:電場(chǎng)利用率低，機(jī)械能損耗較大，以及負(fù)極材料儲(chǔ)鋰性能低。本論文主要針對(duì)以上問(wèn)題展開(kāi)研究工作，提出解決方案。具體展開(kāi)的研究工作內(nèi)容如下:
　　(1)使用納米復(fù)合電極提高自充電電池性能。通過(guò)濕化學(xué)方法原位生長(zhǎng)了CuO納米陣列，再用旋涂的方法使PVDF包覆在CuO納米陣

2、列上制備出CuO/PVDF納米復(fù)合電極，從而制備出集成自充電電池。由于CuO電極和PVDF隔膜之間更緊密的接觸以及更大的接觸面積，內(nèi)部的壓電電化學(xué)過(guò)程使得壓電電場(chǎng)得到了更充分的利用，通過(guò)復(fù)合的壓電電極集成自充電電池與非集成自充電電池相比，自充電效率得到有效提高。集成自充電電池在受到壓力大小為18N，頻率為1.0Hz時(shí)，經(jīng)過(guò)240s的時(shí)間存儲(chǔ)的容量為0.0247μAh，能量為6.12μJ，這是同等條件下非集成自充電電池（存儲(chǔ)的容量和能量分

3、別是0.0089μAh和1.85μJ）的3倍。
　　(2)使用柔性結(jié)構(gòu)提高自充電電池性能。通過(guò)水熱法制備的石墨烯納米片作為電池的負(fù)極，商用LiCoO2作為電池的正極，PVDF薄膜作為壓電隔膜，并用Kapton薄膜作為電池的電池殼取代原有的鋼殼電池殼，最后用EVA進(jìn)行封裝，成功的制備出具有良好柔韌性的柔性自充電電池。柔性自充電電池的機(jī)械能利用率得到有效提高，自充電效率得到大幅度提升。柔性自充電電池大小為34N、頻率為1.0Hz的壓力

4、下，通過(guò)500s的自充電過(guò)程，電壓可以由500mV上升到832mV，存儲(chǔ)的電量為0.266μAh。而在相同條件下，鋼殼結(jié)構(gòu)的電池存儲(chǔ)的電量?jī)H為0.031μAh。柔性自充電電池可以收集轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)生活環(huán)境當(dāng)中微小的機(jī)械能，在受到周期性彎曲時(shí)、經(jīng)過(guò)利用手指點(diǎn)擊以及通過(guò)車輪碾壓，都可以成功的進(jìn)行充電過(guò)程。柔性自充電電池由于其獨(dú)特的柔性結(jié)構(gòu)，不僅大幅度提高了自充電電池性能，還使自充電電池的應(yīng)用范圍更加廣泛。
　　(3)使用核殼結(jié)構(gòu)準(zhǔn)一維納米

5、材料提高負(fù)極材料儲(chǔ)鋰性能。通過(guò)該水熱法制備了FeWO4納米棒，并使用濕化學(xué)方法制備出FeWO4-SnO2核殼結(jié)構(gòu)納米棒。將FeWO4-SnO2核殼結(jié)構(gòu)納米棒作為電池的負(fù)極儲(chǔ)鋰具有較高的比容量，并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。核殼結(jié)構(gòu)的FeWO4-SnO2納米棒的可逆循環(huán)容量高達(dá)1286.9mAh·g-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高出了單純FeWO4納米棒和SnO2的可逆容量。由于FeWO4與SnO2之間存在協(xié)同效應(yīng)，F(xiàn)eWO4在嵌鋰后會(huì)形成具有獨(dú)特電化學(xué)性質(zhì)