镍铁电池负极材料氧化铁/碳的制备

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镍铁电池具有安全环保、成本低廉、使用寿命长等优点，广泛应用于电网储能、备用电源等领域。此外，开发具有高功率密度的镍铁电池用于电动汽车领域也是目前的研究方向之一。由于动力型镍铁电池的研发主要受限于铁负极的性能，因此，改善传统铁负极实际容量低和倍率性能差的缺点是镍铁电池研究的重点方向。本论文工作采用高温固相法合成了两种氧化铁/碳复合材料，包括Fe3O4/C和FeOx/graphene复合材料。作为新型镍铁电池负极材料，它们表现出了优异的电化学性能。 以天然谷物（高粱米、大豆、玉米）为碳源，对商业四氧化三铁材料进行晶粒细化和碳包覆的改性处理，制备了Fe3O4/C复合材料。研究了碳源（高粱米、大豆、玉米和葡萄糖）种类和含量以及球磨时间对材料电化学性能的影响。改性后的Fe3O4/C复合材料的倍率放电性能有了较大的提高。当电解液选用8 mol/L KOH溶液、放电电流密度为1000 mA/g时，放电容量仍然能够达到437.2 mAh/g，相比空白提升了11.7%，但材料的循环性能并不理想。 以合成的改性Fe3O4/C复合材料为铁负极主要活性物质，利用正交实验的方法研究了不同添加剂（羰基铁、In2O3、SnO和Bi2O3）对铁负极放电容量的影响。研究了添加剂对电极容量的提升作用，结果证明：羰基铁和Bi2O3对铁电极的放电容量影响最大。羰基铁有助于提高材料的导电性，但含量过高会引起电极容量的下降；In2O3、SnO和Bi2O3能够降低电极在充放电过程中的极化作用。 以FeC2O4?2H2O和氧化石墨烯为原料，采用高温固相法成功合成了FeOx/graphene复合材料。在该复合材料中，由Fe3O4和FeO组成的FeOx纳米粒子均匀地生长在石墨烯层状结构上。当FeC2O4?2H2O和氧化石墨烯比例为100:1.5时，合成的材料能够获得最大放电容量552.1 mAh/g（放电电流密度200 mA/g）。此外，FeOx/graphene还表现了良好的倍率放电和循环性能：当放电电流密度为1000 mA/g时，放电容量为408.5 mAh/g；电池在200 mA/g下放电，经过100次循环后，容量仍然保持80%，当电流密度较大时，循环稳定性能更佳。