【摘 要】
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近年来离子液体作为一种绿色溶剂,被广泛应用于电化学领域。现代铝工业采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产铝。由于高温性,该工艺能耗很高,而离子液体作为电解质的应用为低温电沉积铝找到了新的方向。另一方面,铝金属价格低廉,在空气中具有优异的稳定性,能在电化学反应中交换三个电子,所以铝离子电池在能源储存方面备受关注。然而由于其离子液体电解质存在对水敏感、有较强腐蚀性等缺点,导致铝离子电池的发展受到限制;而在室
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2017YFC0805100）；
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近年来离子液体作为一种绿色溶剂,被广泛应用于电化学领域。现代铝工业采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产铝。由于高温性,该工艺能耗很高,而离子液体作为电解质的应用为低温电沉积铝找到了新的方向。另一方面,铝金属价格低廉,在空气中具有优异的稳定性,能在电化学反应中交换三个电子,所以铝离子电池在能源储存方面备受关注。然而由于其离子液体电解质存在对水敏感、有较强腐蚀性等缺点,导致铝离子电池的发展受到限制;而在室温离子液体电沉积铝的研究中同样存在着电解质对水敏感的问题;因此寻找一种新型电解质,是电沉积铝以及铝离子电池领域值得研究的问题。TF2N-（双三氟甲磺酰亚胺）作为第二代离子液体中阴离子的代表,与咪唑、吡啶等阳离子组合形成的离子液体具有对水和氧稳定,无强腐蚀性,电化学窗口宽,热稳定性好等特点,使其成为有潜力的铝离子电池和电沉积铝的电解液。本论文采用AlC13-[EMIM][TF2N]-添加剂（摩尔分数为5%的LiCl、EC（碳酸乙烯酯）、烟酰胺）离子液体体系作为电沉积铝与铝离子电池的电解质。分别采用固定电导池常数法、线性伏安法与拉曼光谱法分别研究了离子液体体系的电导率、电化学窗口与离子结构;采用循环伏安法、恒电位电解法等方法研究了铝还原过程的电化学行为;采用SEM、XRD分别研究了电沉积产物的形貌和物相;采用恒流充放电法研究了铝离子电池的电化学性能。研究结果表明,在AlC13-[EMIM][TF2N]-添加剂离子液体体系中,电导率随着AlC13与[EMIM][TF2N]摩尔比的增大而减小,添加LiCl后离子液体的电导率增大,而加入EC和烟酰胺后离子液体的电导率减小。摩尔比和添加剂对于电化学窗口的影响不大。离子液体体系中存在着Al2Cl7-和AlCl4-两种离子团,随着摩尔比的增大,Al2Cl7-的相对含量增大,而添加剂的加入会使A12Cl7-的相对含量降低,其中烟酰胺的影响最为明显。在AlC13-[EMIM][TF2N]离子液体体系作为电沉积铝的电解质时,AlC13与[EMIM][TF2N]摩尔比越大,恒电位沉积获得镀层的颗粒越粗糙,而添加剂的加入都会细化晶粒,得到更为均匀的镀层。以AlC13与[EMIM][TF2N]摩尔比为1.7的离子液体体系作为电解质的铝离子电池,放电比容量可达75 mAh/g,电流库伦稳定在98%,且具有良好的循环稳定性;在添加LiCl后,电池放电比容量下降为30 mAh/g,库伦效率为98%,且循环性能下降;而添加EC后,电池放电比容量为51 mAh/g,库伦效率为96%,循环稳定性较好。
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