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1. 研究目的与意义(文献综述)
自工业革命以来,人类大量使用化石燃料,这不仅对环境造成了严重的污染,并且必将带来能源枯竭的问题。为了应对这些问题,人类正积极开发和利用可再生的清洁能源,如光能、核能、潮汐能、水能、生物能、风能以及化学电源。
其中,电化学电源因其易于将能源储存与转化,正发挥着越来越重要的作用。近年来,开发具有高能量密度、功率密度和安全性的高效电化学能量存储装置的需求变得越来越迫切。锂电池因能量密度高、记忆效应小、自放电率低等优势,被认为是最有效的能量储存系统,已被广泛应用于各种便携式电子设备。然而,锂金属资源的匮乏和其高昂的生产成本限制了锂电池在电动汽车等大型储能设备上的应用。在元素周期表中,钠与锂位于同一主族,其有着许多相似的理化性质,钠离子电池与锂离子电池也拥有相似的电化学反应机制。在放电过程中,钠离子从负极脱出,通过隔膜向正极移动,同时电子的补偿电荷经外电路从负极到正极。充电过程中,情况相反,钠离子从正极脱出,通过隔膜向负极移动同时电子的补偿电荷经外电路从正极流向负极。na/na 的标准电极电位为-2.71v(相对于标准氢电极,下同),虽不及li/li 的标准电极电位(-3.04v),但也十分可观。此外,钠元素的地壳中含量排名第六(2.75%),具有十分高的丰度,并且在自然界中广泛分布。因此,钠离子电池具有更低廉的成本和更为长远的开发价值。
2. 研究的基本内容与方案
2.1基本内容
材料制备:通过共沉淀法和固相反应法制备我们需要的p2型的na 0.58 ni 1/3 mn 2/3 o 1.95(nanimno)。
材料表征:对nanimno材料进行结构表征和电化学性能测试。通过xrd、tem、sem、xps、raman等手段对材料进行物相、形貌、元素状态等进行表征。并对不同反应条件下制备的材料,采用循环伏安(cv)、恒流充放电(et)等电化学测试技术对其电化学性能进行系统评估。
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。
第4-6周:按照设计方案,制备nanimno材料。
第7-10周:利用xrd(x射线衍射)、sem(扫描电子显微镜)、透射电子显微镜(tem)、x射线光电子能谱(xps)、拉曼光谱(raman)等手段对材料的物相、形貌、元素状态等进行表征,并进行相关的电化学性能测试。
4. 参考文献(12篇以上)
[1] palomares v, casas-cabanas m, castillo-martínez e,et al. update on na-based battery materials. a growing research path[j]. energy environmental science, 2013, 6(8): 2312-2337.
[2] choi j w, aurbach d. promise and reality ofpost-lithium-ion batteries with high energy densities[j]. nature reviewsmaterials, 2016, 1(4): 1-16.
[3] song j, sahadeo e, noked m, et al. mapping thechallenges of magnesium battery[j]. the journal of physical chemistry letters, 2016,7(9): 1736-1749.
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