可充電鎂碘電池含碘復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對儲能電池的性能提出了新的要求，尋找一種新的清潔、安全、高效的電池體系迫在眉睫。碘作為陰極具有較高的理論容量（211 mAh g-1），以金屬鋰作為陽極，碘作為陰極的鋰碘電池具有較高的能量密度和倍率性能，然而鋰在充放電過程中會產(chǎn)生枝晶，使得直接以鋰當(dāng)作陽極的電池體系存在嚴(yán)重的安全問題。金屬鎂是一種理想的陽極材料，其具有較負(fù)的電極電勢（-2.36 V vs. NHE），與金屬鋰相比金屬鎂具有更高的體積能量密度(3833

2、 mAh cm-3)，以金屬鎂作為陽極，碘作為陰極的鎂碘電池體系具有較好的應(yīng)用前景。本文通過使用β-環(huán)糊精和活性碳纖維兩種不同的材料來固定碘，研究其作為鎂碘電池正極的電化學(xué)性能，并進(jìn)一步討論了使用雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LITFSI)作為電解液添加劑對于鎂碘電池體系的影響。
　　首先，我們使用β-環(huán)糊精作為固碘材料，通過紫外光譜測試確定了β-環(huán)糊精/碘復(fù)合物中碘的含量為17％。對β-環(huán)糊精/碘復(fù)合物進(jìn)行XPS測試表明復(fù)合物中β-環(huán)糊

3、精與碘之間的相互作用主要為物理吸附，進(jìn)行熱重分析表明β-環(huán)糊精對碘的吸附作用顯著提升了碘的熱穩(wěn)定性。以β-環(huán)糊精/碘復(fù)合物作為正極，金屬鎂作為負(fù)極，一定濃度Mg(ClO4)2的DMSO溶液作為電解液組裝電池。對組裝的鎂碘電池以0.1 C的倍率進(jìn)行放電，0.2 C的倍率進(jìn)行充電，初始放電容量為138 mAh g-1，電池循環(huán)20周后，放電容量為50 mAh g-1，組裝的鎂碘電池循環(huán)的庫倫效率為70%左右。使用β-環(huán)糊精碘/復(fù)合物作為鎂碘

4、電池正極具有價格便宜，制備簡單等特點(diǎn)，其在分子級別上對碘的吸附和脫附對于進(jìn)一步研究鎂碘電池的機(jī)理有一定的意義。
　　其次，我們使用活性碳纖維作為固碘材料，研究活性碳纖維/碘復(fù)合物的電化學(xué)性能。使用活性碳纖維/碘復(fù)合物作為正極，金屬鎂作為負(fù)極，0.3 mol L-1[Mg(THF)6][AlCl4]2的PYR14TFSI和THF（V:V=1:1）混合液作為電解液組裝電池。對組裝的鎂碘電池進(jìn)行相應(yīng)的循環(huán)伏安（CV）測試，在所得到的CV

5、曲線上存在兩組氧化還原峰，分別對應(yīng)著I2/I3-和I3-/I-兩個氧化還原電對的轉(zhuǎn)化。以0.1 C的倍率進(jìn)行放電，0.2 C的倍率進(jìn)行充電，對電池進(jìn)行充放電測試，初始放電容量為142 mAh g-1，但隨著充放電測試的進(jìn)行，電池的容量存在顯著的衰減，第五周時電池的放電容量只有58 mAh g-1。使用活性碳纖維/碘復(fù)合物作為正極省去了導(dǎo)電添加劑、粘結(jié)劑和集流體的使用，簡化了制作流程，降低了電池的成本，但是電池的循環(huán)性能還需要進(jìn)一步提升。