氮化钒负极材料的制备及储能机理
发布时间：2021-05-22 23:42
超级电容器是一种功率密度大、充放电倍率高、循环稳定性较好的电化学储能器件,而先进电极材料的开发是提升超级电容器电化学性能的主要手段。氮化钒（Vanadium Nitride,VN）作为一种重要的负极材料,以其较宽的电位窗口（碱性水系条件下,电压范围为-1.2～0 V）、高比容量(约1340 F g-1)等优点受到广泛关注。同时,氮化钒也存在影响其进一步发展的诸多缺点,如:在碱性水系条件下最能体现氮化钒作为电容器电极材料的优势,但其循环稳定性很差;氮化钒需要和炭材料复合来提高其稳定性和比电容,却带来了电压降的问题;氮化钒最本征的电荷存储过程仍处于猜测阶段,至今没有明确的机理提出。本论文针对以上问题展开研究,主要包括以下四部分:（1）氮化钒的电化学稳定性较差,较短的充放电循环就会发生严重的容量衰减,而碳材料包覆是提升电极活性物质循环稳定性的一种有效方法。壳聚糖是一种被广泛使用的天然生物质材料,可与表面活性剂F-127组装成特殊的结构体系。利用壳聚糖、F-127和偏钒酸铵形成的生物源制备金属-有机纳米材料作为前驱体,制备碳包覆结构的氮化钒/炭材料复合电极材料,从而提升其...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
物理量及符号
第1章 绪论
1.1 新型储能材料与氮化钒材料概述
1.2 氮化钒材料的制备方法和储能机理概述
1.3 氮化钒/碳纳米复合材料
1.3.1 成型炭与氮化钒材料的复合材料
1.3.2 无定型炭与氮化钒材料的复合材料
1.4 其他氮化钒基纳米复合材料
1.4.1 氮化钒/氮化钛的纳米复合材料
1.4.2 基于氮化钒的三元纳米复合材料
1.5 氮化钒负极超级电容器
1.6 氮化钒材料储能机理概述
1.7 课题的提出
1.7.1 研究目标
1.7.2 拟解决的科学问题
1.7.3 研究内容
第2章 材料表征与测试
2.1 材料设计
2.2 实验用品
2.2.1 试剂与材料
2.2.2 仪器和设备
2.3 材料表征
2.4 电极材料的电化学性能测试
2.4.1 三电极测试系统
2.4.2 电化学性能测试
第3章 壳聚糖-F-127负载NH_4VO_3构筑CNS@VN材料
3.1 引言
3.2 材料的合成与制备
3.2.1 壳聚糖微球的合成
3.2.2 壳聚糖微球负载含钒离子
3.2.3 炭和氮化钒的纳米复合材料的制备
3.2.4 Co_3O_4的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 空心炭球壳@氮化钒纳米复合材料的制备与表征
3.3.2 空心炭球壳@氮化钒纳米复合材料的电化学性能
3.4 小结
第4章 氮化钒表面单一VO_2氧化物层对其循环稳定性的影响
4.1 引言
4.2 材料的合成与制备
4.2.1 1,2-二甲基咪唑-钒-金属有机框架结构的合成
4.2.2 氮化钒@单层VO_2氧化物的制备
4.3 结果与讨论
4.4 小结
第5章 氮化钒/炭纳米复合负极材料的压降研究
5.1 引言
5.2 材料的合成与制备
5.2.1 果胶/VCl_3膜的合成
5.2.2 果胶/NaVO_3前驱体的合成
5.2.3 炭/氮化钒复合负极材料的制备
5.3 结果与讨论
5.4 拓展实验
5.5 小结
第6章 晶面间距对氮化钒性能的影响及储能机理
6.1 引言
6.2 材料的制备
6.2.1 阴离子钒有机框架结构(V-MOFs)的合成
6.2.2 氮化钒基纳米负极材料的合成
6.2.3 PAA和 PVP负载NH_4VO_3 的前驱体的制备
6.3 结果与讨论
6.4 拓展实验:基于PAA和PVP制备的VN材料
6.5 小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Novel Hierarchical Porous 3D Structured Vanadium Nitride/Carbon Membranes for High-performance Supercapacitor Negative Electrodes[J]. Yage Wu,Yunlong Yang,Xiaoning Zhao,Yongtao Tan,Ying Liu,Zhen Wang,Fen Ran. Nano-Micro Letters. 2018(04)
[2]Electrospun polyporous VN nanofibers for symmetric all-solid-state supercapacitors[J]. Dandan ZHANG,Jing LI,Zhen SU,Sanyuan HU,Heping LI,Youwei YAN. Journal of Advanced Ceramics. 2018(03)
[3]Electrodes based on nano-tree-like vanadium nitride and carbon nanotubes for micro-supercapacitors[J]. Nadir Ouldhamadouche,Amine Achour,Raul Lucio-Porto,Mohammad Islam,Shahram Solaymani,Ali Arman,Azin Ahmadpourian,Hamed Achour,Laurent Le Brizoual,Mohamed Abdou Djouadi,Thierry Brousse. Journal of Materials Science & Technology. 2018(06)
本文编号：3201865
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
物理量及符号
第1章 绪论
1.1 新型储能材料与氮化钒材料概述
1.2 氮化钒材料的制备方法和储能机理概述
1.3 氮化钒/碳纳米复合材料
1.3.1 成型炭与氮化钒材料的复合材料
1.3.2 无定型炭与氮化钒材料的复合材料
1.4 其他氮化钒基纳米复合材料
1.4.1 氮化钒/氮化钛的纳米复合材料
1.4.2 基于氮化钒的三元纳米复合材料
1.5 氮化钒负极超级电容器
1.6 氮化钒材料储能机理概述
1.7 课题的提出
1.7.1 研究目标
1.7.2 拟解决的科学问题
1.7.3 研究内容
第2章 材料表征与测试
2.1 材料设计
2.2 实验用品
2.2.1 试剂与材料
2.2.2 仪器和设备
2.3 材料表征
2.4 电极材料的电化学性能测试
2.4.1 三电极测试系统
2.4.2 电化学性能测试
第3章 壳聚糖-F-127负载NH_4VO_3构筑CNS@VN材料
3.1 引言
3.2 材料的合成与制备
3.2.1 壳聚糖微球的合成
3.2.2 壳聚糖微球负载含钒离子
3.2.3 炭和氮化钒的纳米复合材料的制备
3.2.4 Co_3O_4的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 空心炭球壳@氮化钒纳米复合材料的制备与表征
3.3.2 空心炭球壳@氮化钒纳米复合材料的电化学性能
3.4 小结
第4章 氮化钒表面单一VO_2氧化物层对其循环稳定性的影响
4.1 引言
4.2 材料的合成与制备
4.2.1 1,2-二甲基咪唑-钒-金属有机框架结构的合成
4.2.2 氮化钒@单层VO_2氧化物的制备
4.3 结果与讨论
4.4 小结
第5章 氮化钒/炭纳米复合负极材料的压降研究
5.1 引言
5.2 材料的合成与制备
5.2.1 果胶/VCl_3膜的合成
5.2.2 果胶/NaVO_3前驱体的合成
5.2.3 炭/氮化钒复合负极材料的制备
5.3 结果与讨论
5.4 拓展实验
5.5 小结
第6章 晶面间距对氮化钒性能的影响及储能机理
6.1 引言
6.2 材料的制备
6.2.1 阴离子钒有机框架结构(V-MOFs)的合成
6.2.2 氮化钒基纳米负极材料的合成
6.2.3 PAA和 PVP负载NH_4VO_3 的前驱体的制备
6.3 结果与讨论
6.4 拓展实验:基于PAA和PVP制备的VN材料
6.5 小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Novel Hierarchical Porous 3D Structured Vanadium Nitride/Carbon Membranes for High-performance Supercapacitor Negative Electrodes[J]. Yage Wu,Yunlong Yang,Xiaoning Zhao,Yongtao Tan,Ying Liu,Zhen Wang,Fen Ran. Nano-Micro Letters. 2018(04)
[2]Electrospun polyporous VN nanofibers for symmetric all-solid-state supercapacitors[J]. Dandan ZHANG,Jing LI,Zhen SU,Sanyuan HU,Heping LI,Youwei YAN. Journal of Advanced Ceramics. 2018(03)
[3]Electrodes based on nano-tree-like vanadium nitride and carbon nanotubes for micro-supercapacitors[J]. Nadir Ouldhamadouche,Amine Achour,Raul Lucio-Porto,Mohammad Islam,Shahram Solaymani,Ali Arman,Azin Ahmadpourian,Hamed Achour,Laurent Le Brizoual,Mohamed Abdou Djouadi,Thierry Brousse. Journal of Materials Science & Technology. 2018(06)
本文编号：3201865
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