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可充镁电池电解液的制备与电化学性能研究

作　者: 赵青松
导　师: 努丽燕娜
学　校: 上海交通大学
专　业: 化学工程
关键词: 可充镁电池 咪唑类离子液体 吡咯烷基卤化镁 吡唑基溴化镁 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


金属镁具有能量密度较高、价格低、操作安全等优点,可充镁电池是一种极具发展潜力的绿色储能电池。镁与锂处于对角线的位置,离子半径相近,化学性质相似;镁的理论比容量(2205 mAh·g-1)高,电极电位（-2.37 V（酸性）、-2.69 V（碱性））负,而且价格低廉、易加工处理、安全性高,因此以镁作为负极的可充镁电池成为一种新型电池体系的研究热点。但是可充镁电池的发展受到电解液发展的制约。在大多数质子惰性的溶剂中镁电极表面易形成一层致密的钝化膜,二价镁离子很难通过这层钝化膜实现镁的可逆沉积-溶出,因此电解液体系的深入研究对于可充镁电池的发展意义重大。本文系统研究了三氟甲基磺酸镁/咪唑类离子液体(0.3 mol·L-1)以及溶于四氢呋喃的吡咯烷基卤化镁电解液体系(1 mol·L-1 C4H8NMgX/THF, X = Br、Cl)和吡唑基溴化镁电解液体系(1 mol·L-1 C3H4N2MgBr/THF)作为可充镁电池电解液的电化学性能。主要研究内容如下:研究了三氟甲基磺酸镁/咪唑类离子液体电解液体系中镁的可逆沉积-溶出电化学性能。首先,我们研究了具有不同阴离子和阳离子的咪唑类离子液体对该电解液体系电化学性能的影响。研究发现,咪唑阳离子上不同的支链对阳离子的稳定性及电解液的粘度有很大影响,阴离子的不同则决定镁的沉积溶出性能。含有BF4-的咪唑类离子液体中可以发现镁的可逆沉积-溶出,其中0.3 mol·L-1的Mg（CF3SO3）2/BMImBF4体系性能较好,但体系粘度较大,影响了其电化学性能。添加小分子有机醚试剂四氢呋喃（THF）可以降低电解液粘度,改善其电化学性能,如增大电导率和增加循环稳定性等。研究了镁粉作对电极对体系中镁沉积-溶出性能的影响。制备出一类新型可充镁电池电解液体系:溶解在THF中的吡咯烷基卤化镁以及吡唑基溴化镁电解液体系。研究了这类新型电解液体系中镁的可逆沉积-溶出电化学行为以及不同集流体上的沉积形貌。结果表明这类电解液体系中,都可以较好的进行镁的电化学可逆沉积-溶出。相对于格氏试剂(1 mol·L-1 EtMgBr/THF),该电解液体系有较高电导率、较宽的电化学窗口和较高的首次循环效率。但是在不同的工作电极上镁的沉积-溶出行为会有较大的差别,这种差别也同样反映在沉积形貌上。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-35
  1.1 引言  11
  1.2 可充镁电池的研究现状  11-13
  1.3 可充镁电池电解液研究进展  13-33
    1.3.1 以醚为溶剂的有机电解液体系  14-25
    1.3.2 熔盐体系  25-29
    1.3.3 聚合物电解质体系  29-33
    1.3.4 无机固体电解质体系  33
  1.4 本课题研究的主要内容及意义  33-35
第二章 咪唑类离子液体电解液体系性能研究  35-50
  2.1 引言  35
  2.2 实验  35-39
    2.2.1 仪器  35-36
    2.2.2 试剂  36-37
    2.2.3 咪唑类离子液体电解液体系的配制  37-38
    2.2.4 电化学测试  38
    2.2.5 FTIR、SEM及EDS测试  38-39
  2.3 结果与讨论  39-49
    2.3.1 电导率及电化学窗口  39-40
    2.3.2 红外光谱检测  40-42
    2.3.3 循环伏安对比  42-45
    2.3.4 充放电特征  45-48
    2.3.5 SEM和EDS  48-49
  2.4 本章小结  49-50
第三章 吡咯烷基卤化镁及吡唑基溴化镁电解液性能研究  50-68
  3.1 引言  50-51
  3.2 实验  51-54
    3.2.1 仪器  51
    3.2.2 试剂  51-52
    3.2.3 电解液体系的配制  52-53
    3.2.4 电化学测试  53
    3.2.5 FTIR、XRD及SEM测试  53-54
  3.3 结果与讨论  54-66
    3.3.1 电导率检测  54
    3.3.2 红外光谱检测  54-55
    3.3.3 循环伏安性能  55-59
    3.3.4 充放电特征  59-65
    3.3.5 XRD检测  65
    3.3.6 SEM检测  65-66
  3.4 本章小结  66-68
第四章 结论与展望  68-71
  4.1 结论  68-69
  4.2 展望  69-71
参考文献  71-83
致谢  83-84
攻读学位期间发表的学位论文  84

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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