高性能钾锌混合离子微型电池的制作与电化学性能研究任务书

 2021-12-23 20:23:42

全文总字数:4067字

1. 毕业设计(论文)主要内容:

随着科学技术的不断进步,小型化、微型化的电子设备在如今的日常生活、环境探测、生物医疗、军事国防等方面发挥了越来越重要的作用。微型化传感器单元、远程移动环境传感器、可植入生物传感器、纳米机器人等微型电子设备的不断突破极大的依赖于微型储能器件的发展。微型电池和微型超级电容器是目前研究广泛的两种微型储能器件。相比于微型超级电容器,微型电池具有更高的能量密度,然而有机体系的微型电池在封装、安全性、工艺难度等方面具有很大劣势。水系电池具有低成本、环境友好、加工难度低、安全性高等优势,作为优秀的水系电池负极材料,金属锌在水系电解液具有最低的电化学电位(-0.752 V),同时具有很高理论容量(820 mAh g-1)。因此锌负极能够成为极好的微型电池负极。作为被广泛研究的水系电池正极,类普鲁士蓝结构的材料具有易合成、结构稳定、水系电位高等优势,能够成为优秀的微型电池正极选择。因此该项目目标是制作以普鲁士蓝类似物为正极、锌为负极,以水系钾离子/锌离子为电解液的水系叉指型微型电池。为了提高微型储能器件的电化学性能,在微电极上构筑电子离子双连续的微结构,提高离子/电子迁移能力,从而提高微型储能器件的面积能量密度与面积功率密度。同时表征微电极表面结构的物相、形貌,对其电化学性能进行研究。

设计(论文)主要内容:

1.文献调研,了解国内外相关研究概况和发展趋势; 了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系

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2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1.查阅不少于15篇相关文献资料,其中近5年英文文献不少于3篇,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响,完成开题报告;

2.完成不少于5000字的英文文献翻译;

3.具体要做的工作包括:

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

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4-8周:按照设计方案,调控电沉积参数与电解液浓度,制作多孔微电极,并采用原位氧化的方法,将多孔微电极转化为普鲁士蓝类似物,通过氧化时间、氧化电位的调控得到普鲁士蓝类似物的纳米颗粒表面,并采用XRD、XPS、Raman等先进表征技术来确定其物相,同时采用SEM来表征其微结构,最后组装成为水系微型电池。

第9-12周:将已制备得到的水系微型电池,利用循环伏安、恒定电流充放电等测试该电极材料的比容量、倍率性能以及循环性能,并进一步计算其能量密度与功率密度,并研究其电极多孔微结构与电化学性能之间的相关性。

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4. 主要参考文献

[1] Rolison D R, et al., Multifunctional 3D nanoarchitectures for energy storage and conversion[J]. Chem Soc Rev, 2009. 38(1): 226-252.

[2] Beidaghi M, and Gogotsi Y, Capacitive energy storage in micro-scale devices: recent advances in design and fabrication of micro-supercapacitors[J]. Energy Environmental Science, 2014. 7(3): 867.

[3] Liu L, et al., Advances on Microsized On-Chip Lithium-Ion Batteries[J]. Small, 2017. 13(45).

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