【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋅離子電池領(lǐng)域，涉及一種銨根離子插層水合層狀釩氧化物的制備方法及其在可充電鋅離子電池中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、近些年來(lái)，自從工業(yè)革命以來(lái)，二氧化碳的排放逐年增加。二氧化碳排放的危害非常廣泛，不僅對(duì)自然生態(tài)和人類社會(huì)造成了影響，還對(duì)全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展造成了威脅。因此，我們需要采取有效的措施來(lái)減少二氧化碳的排放，以保護(hù)我們的地球環(huán)境。例如，推廣清潔能源、促進(jìn)能源的節(jié)約和高效利用、加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)的等，都是我們可以采取的有效措施。發(fā)展高性能的儲(chǔ)能技術(shù)是關(guān)鍵。
2、利用近中性水溶液電解質(zhì)的可充電水性鋅離子電池(zibs)，因其固有的安全、環(huán)保、低成本和高理論容量而成為大規(guī)模儲(chǔ)能的有前途的解決方案。然而，zibs技術(shù)的商業(yè)化需要在解決現(xiàn)有科學(xué)和技術(shù)差距方面取得重大進(jìn)展，特別是在陰極開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。此外，由于陰極材料在決定zibs的存儲(chǔ)容量和能量/功率密度方面起著至關(guān)重要的作用，因此陰極材料的選擇直接影響到zibs的整體性能和能力，使其成為其設(shè)計(jì)和優(yōu)化的關(guān)鍵方面。在各種選擇(包括錳基氧化物、普魯士藍(lán)類似物和有機(jī)化合物)中，釩基化合物由于其高理論容量、高功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命而成為zibs實(shí)際應(yīng)用中最有前途的正極材料之一，受到了相當(dāng)大的關(guān)注。在此背景下，大量的研究工作致力于研究各種各樣的釩基化合物，包括無(wú)水釩氧化物、金屬釩酸鹽、磷酸釩和其他變體。然而，盡管具有潛力，釩基陰極在循環(huán)過(guò)程中遇到溶解和相變等挑戰(zhàn)，導(dǎo)致實(shí)際zibs的長(zhǎng)期穩(wěn)定性不理想。解決這些問(wèn)題并提高釩基陰極的穩(wěn)定性對(duì)于釋放其在zibs中實(shí)現(xiàn)可靠和高效儲(chǔ)能的全部潛力至
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在針對(duì)鋅離子電池中穩(wěn)定的釩基正極材料的合成、充放電過(guò)程中穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，提出解決方案。為此本專利技術(shù)系統(tǒng)地提供一種銨根離子插層水合層狀釩氧化物的制備方法及其在可充電鋅離子電池中的應(yīng)用。
2、首先，本專利技術(shù)提供一種銨根離子插層水合層狀釩氧化物的制備方法，所述的銨根離子插層水合層狀釩氧化物的化學(xué)組成為(nh4)0.4v2o5·nh2o，其中n為0.01～2。所述的水合層狀釩氧化物的制備方法，其步驟為首先將五價(jià)釩源化合物和含有銨離子的無(wú)機(jī)物分散于水和有機(jī)溶劑的混合液中；然后用適量酸性溶液調(diào)節(jié)上述混合液的ph至1～5，得到前驅(qū)體溶液；之后前驅(qū)體溶液加入二水合草酸，于90～200℃反應(yīng)5～20h；經(jīng)離心或過(guò)濾、洗滌、干燥得到銨根離子插層的釩基氧化物。
3、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述的五價(jià)釩源化合物為五氧化二釩、偏釩酸銨中的一種或多種；所述五價(jià)釩源化合物的濃度為0.01～1mol/l。
4、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述含有銨離子的無(wú)機(jī)鹽為氨水，(nh4)2so4,nh4no3,nh4cl的一種或多種；所述含有銨離子的無(wú)機(jī)鹽的濃度為0.0001～1mol/l。
5、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇和二甲基甲酰胺中的一種或多種；所述有機(jī)溶劑與水的體積比為0～2。
6、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述酸性溶液為鹽酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、雙氧水中的一種或多種。
7、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述的反應(yīng)溫度為90～200℃，反應(yīng)時(shí)間為5～20h。優(yōu)選的反應(yīng)溫度為120～140℃；優(yōu)選的反應(yīng)時(shí)間為5～10h。
8、本專利技術(shù)提供一種通過(guò)上述方法制備得到的銨根離子插層水合層狀插層釩氧化物，用作鋅離子電池的正極具備非常優(yōu)異的長(zhǎng)期循環(huán)性能。所述鋅離子電池正極片的制備步驟為：按照水合層狀釩氧化物、活性炭和聚偏氟乙烯分散到n-甲基吡咯烷酮中，混合均勻后形成漿料，涂到集流體上，60～130℃下真空干燥5～48h后得到鋅離子電池正極電極片。
9、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述水合層狀釩氧化物、活性炭和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為(6～8)：(1～3)：1。
10、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述集流體為不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼箔、鈦網(wǎng)或鈦箔。
11、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述鋅離子電池正極片的活性物質(zhì)的負(fù)載量為0.5～10mg?cm-2。優(yōu)選的正極活性物質(zhì)擔(dān)載量為1～5mg?cm-2。
12、進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述真空干燥溫度為60～130℃，所述真空干燥時(shí)間為5～48h。優(yōu)選的真空干燥溫度為90～120℃，優(yōu)選的真空干燥時(shí)間為10～24h。
13、最后本專利技術(shù)提供一種將水合層狀釩氧化物正極片組裝在鋅離子電池中，所述鋅離子電池的制備步驟為將水合層狀釩氧化物正極片和鋅箔放在電池殼中，中間放入隔膜，加入含有鋅離子的電解液，然后對(duì)電池封裝。封裝后的電池接入電化學(xué)充放電儀，在指定電流密度下進(jìn)行循環(huán)性能測(cè)試。所得鋅離子電池表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
14、有益結(jié)果：
15、該銨根離子插層水合層狀釩氧化物的制備方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本低。x射線衍射(xrd)譜圖表明：本專利技術(shù)得到的水合層狀釩氧化物的xrd譜圖與標(biāo)準(zhǔn)xrd譜圖匹配一致(見(jiàn)圖1)。掃描電鏡顯示所制備的水合層狀釩氧化物呈現(xiàn)納米棒狀微觀形態(tài)(見(jiàn)圖2)。基于水合層狀釩氧化物正極片的鋅離子電池在0.2a?g-1的電流密度下，比容量可達(dá)466mahg-1(見(jiàn)圖3)，經(jīng)歷100次循環(huán)后的容量保持率仍高達(dá)86％(見(jiàn)圖4)。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.銨根離子插層水合層狀釩氧化物的制備方法，其特征在于，所述水合層狀釩氧化物的化學(xué)組成為(NH4)0.4V2O5·nH2O，其中n為0.01～2；制備方法包括以下步驟：首先將五價(jià)釩源化合物和含有銨離子的無(wú)機(jī)物分散于水和有機(jī)溶劑的混合液中；然后用適量酸性溶液調(diào)節(jié)上述混合液的pH至1～5，得到前驅(qū)體溶液；之后前驅(qū)體溶液加入二水合草酸，之后前驅(qū)體溶液于一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間；于90～200℃反應(yīng)5～20h；經(jīng)離心或過(guò)濾、洗滌、干燥得到銨根離子插層的釩基氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的五價(jià)釩源化合物選自五氧化二釩、偏釩酸銨的一種或多種；所述五價(jià)釩源化合物的濃度為0.01～1mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，銨離子的無(wú)機(jī)物選自氨水，(NH4)2SO4,NH4NO3,NH4Cl的一種或多種；所述的銨離子總的離子濃度在0.01～1mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇和二甲基甲酰胺中的一種或多種；所述有機(jī)溶劑與水的體積比為0～2。
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。