高性能热电池正极NiCl2复合材料的制备与改性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:angelleosy
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NiCl2材料具有放电电流密度大、电极电位正、电压平台稳定以及热稳定性好等特点,被认为是一种理想的热电池正极材料,具有广泛的市场应用潜力。然而,由于NiCl2材料存在导电性较差、颗粒表面积大以及高温放电时电极材料融溢等缺陷,导致其放电性能差,限制了其在热电池中的实际应用。本文对NiCl2材料进行改性,分别制备了碳材料和金属氧化物复合的NiCl2正极材料,并主要从改善NiCl2材料的导电性和高温融溢两个方面对其做了系统地研究。首先,采用高温固相法分别制备EG添加的NiCl2材料(NiCl2-EG)、GNs添加的NiCl2材料(NiCl2-GNs)、碳包覆的NiCl2材料(C@NiCl2)以及碳包覆/EG二元碳NiCl2复合材料(C@NiCl2-EG),并系统研究了所得复合材料的物相结构、微观形貌以及电性能等。结果表明,碳颗粒可以均匀的附载于NiCl2片层状表面或插入其层间,形成高效的导电网络,有利于电子和离子的传输,增加了NiCl2材料的导电性。在500℃,100 m A/cm2条件下放电,电池放电初期无电压迟延现象,放电性能较纯NiCl2材料显著提升。其中,C@NiCl2-EG材料的比容量为292.77 m Ah/g,比纯NiCl2材料提高84.31 m Ah/g,活性物质的利用率为88.48%,比纯NiCl2材料提高25.48%。其次,采用金属氧化物作为NiCl2材料的高温流动抑制剂,制备出金属氧化物/NiCl2复合材料,并筛选出Mg O和Al2O3作为NiCl2材料的添加剂,并系统分析了NiCl2-MgO和NiCl2-Al2O3材料的物相结构、微观形貌以及电性能等。结果表明,MgO和Al2O3纳米颗粒附着在NiCl2材料表面,增加了NiCl2材料高温放电稳定性,抑制了融溢现象的发生。为提高金属氧化物在NiCl2材料表面分布的均匀性,进一步改性制备了MgO包覆的NiCl2材料。研究结果表明,Mg O纳米颗粒可以均匀的附着在NiCl2材料的片层结构表面,550℃,100m A/cm2条件下放电,Mg O@NiCl2材料的比容量为221.62 m Ah/g,比纯NiCl2材料提高72.10 m Ah/g,活性物质利用率达到66.98%,比纯NiCl2材料提高21.78%。最后,分析了碳材料/NiCl2复合材料和金属氧化物/NiCl2复合材料的经济成本,并与Co S2材料进行对比分析,发现NiCl2材料的成本显著要低于Co S2材料,有望成为热电池新型正极材料,并在热电池技术中得到实际应用。
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