聚酰亞胺的合成及其儲鈉性能的研究.pdf

1、隨著人類社會的發(fā)展，工業(yè)化信息化進程加快，能源與環(huán)境問題日漸突出。不可再生資源的日趨耗竭，然而可再生能源，如太陽能、風能以及潮汐能具有間歇性、隨機性且分布不均等特點，難以直接使用。因此，亟需發(fā)展簡單高效并且兼具能量密度和功率密度的電化學儲能技術。鈉離子電池作為一種新型的儲能技術，資源豐富，成本低廉，環(huán)境友好，有望能夠在電動汽車和大型電網儲能領域大規(guī)模使用。然而，由于鈉離子半徑比較大，在無極晶格中嵌脫會引起很大的結構畸變，造成材料電化學性

2、能不佳；而有機電極材料的骨架具有柔韌性，對體積較大的陽離子的限制較??；此外，有機材料資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好，是鈉離子電池電極材料的理想選擇。基于上述問題，本論文合成了幾類典型的聚酰亞胺材料，分別探索了這些材料在有機電解液以及水溶液中的儲鈉性能，并進一步研究了典型材料的特征儲鈉反應機理。具體研究內容如下：
　　1．采用簡單的加熱縮聚法合成四種聚酰亞胺材料，并探究在普通有機電解液（NaPF6+EC/DEC）儲鈉性能。研究表明，基

3、于1,4,5,8-萘四甲酸(NTCDA)和對苯二胺（PPD）合成的聚酰亞胺具有優(yōu)異的電化學性能:在100 mAg-1的電流密度下循環(huán)100周可逆容量達到109 mAh g-1。甚至當電流密度增大至800 mAg-1時，可逆比容量仍有40 mAh g-1。此外，我們還初步探究了多活性中心聚酰亞胺PTA(基于苝四甲酸二酐PTCDA和2,6二氨基蒽醌 DDAQ)的性能，該材料可逆容量達到140 mAg-1，且循環(huán)150圈容量幾乎無衰減，展現了

4、非常誘人的應用前景。
　　2.由于有機電解液易燃易分解，使用過程中存在著很大的安全隱患。水溶液安全廉價且導電性高，基于水溶液而構建的鈉離子電池在大規(guī)模靜態(tài)儲能方面具有廣闊的應用前景。聚酰亞胺在水溶液中穩(wěn)定存在且充放電平臺略高于水溶液的析氫電位（-0.80 V），是理想的水溶液儲鈉負極材料。在上一部分的研究基礎上，我們發(fā)現基于 NTCDA與對苯二胺縮聚得到的聚酰亞胺材料 PNP在水溶液中具有優(yōu)異的電化學性質。為了改善PNP導電性，進

5、一步提高其電化學性能。我們將PNP與多壁碳納米管復合，得到了PNP@CNTs復合電極。該復合材料在2C倍率下可逆容量為118 mAh g-1，遠高于未包覆的PNP（100.4mAhg-1）；當電流密度進一步提高到20 C時，可逆容量仍可以達到91.3 mAh g-1，而未包覆PNP的可逆容量僅有71.6 mAh g-1。PNP@CNTs復合電極在10C的電流密度下循環(huán)500圈，容量保持率為78％。為了進一步確認 PNP@CNTs的實用價