【摘 要】
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在我国能源与环境问题日益凸显,锌镍电池作为一种绿色能源,以其自身优异的性能在生活中发挥着无可替代的作用,备受人们的关注。首先锌镍电池本身具有材料绿色、环保、来源广,易回收等优点;其次优异的低温性能,在-30℃仍正常工作容量并无大幅度衰减;最后电池本身出色的倍率性能,能够承受50C的大电流充放。但同时锌镍电池自身存在短板,需要进一步进行研究。特别是锌镍电池负极材料自身在强碱性中的溶解、钝化、变形、形
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在我国能源与环境问题日益凸显,锌镍电池作为一种绿色能源,以其自身优异的性能在生活中发挥着无可替代的作用,备受人们的关注。首先锌镍电池本身具有材料绿色、环保、来源广,易回收等优点;其次优异的低温性能,在-30℃仍正常工作容量并无大幅度衰减;最后电池本身出色的倍率性能,能够承受50C的大电流充放。但同时锌镍电池自身存在短板,需要进一步进行研究。特别是锌镍电池负极材料自身在强碱性中的溶解、钝化、变形、形成枝晶等问题亟待解决。因此,在本文中希望找到一种具有高导电性性能,在强碱性溶液中稳定存在,宽的电位窗口的电池添加剂来对锌镍电池负极材料进行改性。由此便选用Magneli相亚氧化钛导电陶瓷TinO2n-1,特别是当3≤n≤5时,更具有高稳定性耐腐蚀、自身高电导率、宽电位窗口等特点。从降低锌负极在电解液中溶解度出发,制备出了Magneli相亚氧化钛导电陶瓷TinO2n-1(其中3≤n≤5,n为正整数),并用来对锌电极改性,研究其电化学性能,做了较为系统的研究工作。本文主要从三个部分展开:一、采用高温还原法制备了Magneli相亚氧化钛导电陶瓷TinO2n-1(其中3≤n≤5,n为正整数),并考察实验条件对n值得影响。二、用制备的Magneli相亚氧化钛导电陶瓷TinO2n-1(其中3≤n≤5,n为正整数),来对锌镍电池负极材料进行改性。三、将改性过的锌镍电池负极材料组装成锌镍电池进行电化学研究。实验结果发现:二氧化钛与PVA碳源质量比为1:5,添加总质量5%的Na Cl为助融剂在1175℃下反应6 h得到的Magneli相亚氧化钛导电陶瓷TinO2n-1的n值控制的最好为3≤n≤5。并通过XRD、SEM等分析测试手段来进行验证。使用多种方法来将所制备的Magneli相亚氧化钛导电陶瓷TinO2n-1(其中3≤n≤5,n为正整数)来对氧化锌进行复合、镶嵌改性。将制备好的ZnO与TinO2n-1镶嵌材料制作成电极,组装电池测试后ZnO与TinO2n-1镶嵌材料与普通氧化锌制备的锌镍电池做对比,虽然在添加7%Magneli相亚氧化钛导电陶瓷TinO2n-1(其中3≤n≤5,n为正整数)会减少6%的容量,但是能够有效的抑制电池在经过600次循环以后的容量衰减,使电池容量不至于断崖式下降,同时增加5%的电池循环寿命。电池在20 m A的大电流高倍率下仍能有良好的充放电性能,在充电时比普通氧化锌有更低的起始充电电压,在放电时有更高的起始放电电压,分析改变上述电化学性能的原因是加入了Magneli相亚氧化钛导电陶瓷TinO2n-1(其中3≤n≤5,n为正整数)后锌负极的阻抗下降,电导率增加,并通过电极的交流阻抗实验证实了这一点。
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