骨架支撑的锑掺杂氧化锌及其在镍锌电池中的应用研究

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电化学储能系统对现代生活日趋重要,其中,锂离子电池由于高比能长寿命而备受关注,但是锂离子电池电解液易燃、电池材料昂贵和锂资源全球储量低等问题限制着其在大规模储能系统领域的发展。相较于锂离子电池,碱性可充电电池具备了许多优异的特点。例如,水系电解质提高了电池的安全稳定性,电极原材料储量和产量丰富且成本较低,以及环境友好等。然而,碱性可充电电池存在着能量密度较低的问题,限制着其进一步发展。在众多碱性可充电电池中,锌基电池具有相对较高的比能量,其中锌的理论比容量高达820 m Ah g-1。诸多优点使得锌基电池占据着较大的全球电池市场份额,并具备了广阔的应用前景。除了上述的优势,锌基电池目前面临着一些挑战,形变、枝晶生长、腐蚀和钝化等问题影响着电极材料的循环稳定性。为了改善上述问题,本论文提出了一种利用沸石咪唑酯骨架结构(ZIF)衍生的叶片状ZnO/Sb负极材料。以导电碳布材料(CC)为基底,将酚醛树脂(RF)高温碳化后形成的导电碳层封装叶片状ZnO,制备得到的锌负极材料(CC@ZnO-Sb/C)展现出了优异的电化学性能。导电碳布材料和酚醛树脂碳化得到的导电碳层共同构成了连续的导电通道,有利于提高电子的传输效率,改善电极材料在循环过程中的电流分布密度以抑制锌枝晶的生长,同时提供了抑制电极形变的结构支撑。此外,导电碳层可以有效隔离活性物质和碱性电解质,避免可溶性产物(5(5(5(5()42-的扩散。叶片状结构提供了较大的表面积及固液接触面积,增强了电荷转移效率和电极材料的倍率性能。负极材料中元素Sb的引入可以提高电极材料的导电性和抗腐蚀性能。将CC@ZnO-Sb/C负极材料与Ni OOH正极材料组装得到的镍锌电池,表现出了高倍率性能和优异的循环稳定性。此外,得益于基底材料导电碳布的柔韧性能,CC@ZnO-Sb/C作为负极材料组装的线状电池在不同弯曲程度下展现出稳定的电化学性能。
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