水系電容電池負極材料層狀結(jié)構(gòu)Ti3C2Tx的制備及性能研究.pdf

1、電容電池作為一種新型的儲能器件，具有循環(huán)壽命長、對環(huán)境友好和可快速充放電的優(yōu)點，可廣泛地應(yīng)用在儲能電源和動力電源兩大領(lǐng)域。但水系電池的能量密度往往偏低，因此開發(fā)高性能的正負極材料已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點。Ti3C2Tx具有與石墨烯類似的層狀結(jié)構(gòu)，但穩(wěn)定性優(yōu)于石墨烯，Li+等離子擴散電壓低于石墨烯，可作為水系電容電池的負極材料。本文旨在探究Ti3C2Tx的最佳制備條件，以及Ti3C2Tx在不同的鋰、鈉、鎂鹽中的儲能性能。其具體內(nèi)容如下：<

2、br>　　考察不同反應(yīng)試劑、不同 HF濃度、不同反應(yīng)時間、溫度以及不同超聲時間對制備Ti3C2Tx相的影響，從而優(yōu)選出制備Ti3C2Tx的最佳條件。當反應(yīng)時間為18 h，超聲時間為24 h時，用HF處理Ti3AlC2制備的Ti3C2Tx相具有層狀結(jié)構(gòu)形貌，通過XRD、ICP、EDS和Raman表征也表明Ti3AlC2中的Al已基本被除去。
　　Ti3C2Tx電極在0.5 mol·dm-3Na2SO4、1 mol·dm-3NaCl和

3、NaNO3中的電化學(xué)測試結(jié)果顯示：發(fā)現(xiàn)SO42-對Na+在Ti3C2Tx電極中的吸附和脫附影響最小，當放電電流密度為50 mA·g-1時，其放比容量達到70.2 mAh·g-1。而Cl-和NO3-,對于電極的性能都有較大的影響。在0.5、1和1.5 mol·dm-3Na2SO4中的電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示：Ti3C2Tx電極在1 mol·dm-3Na2SO4中具有更佳的倍率性能，在電流密度為200 mA·g-1下循環(huán)500圈放電比容量仍有

4、55 mAh·g-1。以λ-MnO2為正極、Ti3C2Tx為負極組成鈉離子電容電池，其電池電壓高達2.4 V，電流密度為20 mA?g-1時放電比容量可達到76.7 mAh?g-1，同時具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　通過恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等測試手段，探究了 Ti3C2Tx電極在0.5 mol·dm-3Li2SO4、1 mol·dm-3LiCl和LiNO3中的性能，發(fā)現(xiàn)硫酸根對鋰離子在Ti3C2Tx電極表面的吸/脫附和插入

5、脫出的影響最小，當放電電流密度為50 mA·g-1時，其放比容量達到98.0 mAh·g-1。通過測試Ti3C2Tx電極在0.2、0.5和1 mol·dm-3 Li2SO4中的電化學(xué)性能發(fā)現(xiàn)：Ti3C2Tx電極在0.5mol·dm-3 Li2SO4中具有更佳的倍率性能；在電流密度為100 mA·g-1下的循環(huán)500圈后，放電比容量仍然保持在90mAh·g-1左右。以LiMn2O4為正極、Ti3C2Tx為負極組成鋰離子電容電池電容電池具有

6、良好的倍率性能和循環(huán)性能，其電壓也可達到2.4 V，發(fā)現(xiàn)在電流密度為20 mA?g-1時，放電比容量可達到103 mAh?g-1。
　　在0.5 mol·dm-3MgSO4、MgCl2和Mg(NO3)2中，對Ti3C2Tx電極進行電化學(xué)性能測試，發(fā)現(xiàn)Ti3C2Tx電極MgCl2在中的性能較好，當電流密度為50 mA·g-1時，其放電比容量達到86.3 mAh·g-1。通過測試Ti3C2Tx電極在0.5、1和2mol·dm-3 Mg