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摘 要

石墨相氮化碳化学性质稳定、对人体无害、有很多原料储存、制备方法简单,这些优点使其备受青睐。但是,没有经过处理的石墨相氮化碳在电学储能领域和电子学传感方面的应用比较困难, 最重要的原因是其石墨相氮化碳的化学惰性高,导电性能差，比表面积小等缺陷。最近几年,石墨相氮化碳的主要研究方向是改变其性能和开拓其在不同领域的作用。改性后的石墨相氮化碳拥有较低的化学惰性和较大的比表面积,打开了其在在电化学传感领域应用的开端。铝离子在充放电过程中最多可释放三个电子,金属铝的理论质量比容量2980mAhg^-1,仅次于锂(3870mAhg^-1);而且由于铝金属本身的特性,金属铝也特别适合作为电极材料。实验说明,在铝离子电池中,石墨相氮化碳的性能良好,可以得到较高良好的电化学性能,尤其是在储电性能方面最为显著。

关键词：石墨相氮化碳 铝离子电池 电化学性能

Electrochemical properties of Graphiticcarbon nitride in aluminum ion batteries

Abstract

Graphite phase carbonitride is chemically stable, harmless to the human body, has many raw material storage, and is simple to prepare. These advantages make it popular. However, the application of untreated graphite phase carbon nitride in the field of electrochemical sensing and energy storage is limited. The most important reasons are its high chemical inertia, poor electrical conductivity and small specific surface area In recent years, research on graphite phase carbonitride has focused on modifying and expanding its application in different fields. The higher chemical activity and larger specific surface area of the modified graphite phase carbon nitride open the door for application in the field of electrochemical sensing. Aluminum ions can release up to three electrons during charge and discharge. The theoretical mass ratio of metal aluminum is 2980mAhg^-1, second only to lithium (3870mAhg^-1); and due to the characteristics of aluminum metal itself, metal aluminum is also particularly suitable as an electrode. material. The experiment shows that in the aluminum ion battery, the performance of the graphite phase carbon nitride is good, and the high electrochemical performance can be obtained, especially in the storage performance.

Keywords：Graphiticcarbon nitride; Aluminum-ion battery; Electrochemical properties

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 铝离子电池的发展现状 1

1.3 铝离子电池中的反应机理 2

1.3.1. 铝离子电池中插层反应机理 2

1.3.2.铝离子电池转化反应机理 3

1.3.3 多电子转移体系分类 3

1.4 石墨相氮化碳的研究现状 4

1.5 石墨相氮化碳的性质及结构 4

1.6 石墨相氮化碳的制备方法 5

1.6.1 热聚合法 5

1.6.2 溶剂热法 6

1.6.3 沉积法 7

1.6.4 固相反应法 7

第二章 试验方法 8

2.1 实验药品 8

2.2 .实验仪器 8

2.3 实验流程图 9

2.4 制备试验样品 10

2.4.1 石墨相氮化碳的制备 10

2.4.2 制造具有氮空位的的石墨相氮化碳 10

2.4.3清洗 10

2.4.5 涂片 11

2.4.6 装电池 11

第三章 实验结果分析与讨论 13

3.1 测试电池性能 13

3.2 主要表征分析方法 13

3.2.1 X射线衍射 13

3.2.2 循环伏安测试 13

3.2.3 恒流充放电测试 13

3.3 电池的电化学性能测试结果 13

3.3.1 g-C₃N₄-Al电池X-射线衍射 13

3.3.2 g-C₃N₄-Al电池循环伏安法 14

3.3.3 g-C3N4-Al电池恒流充放电测试 15

第四章 结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 18

参考文献 19

致 谢 21

第一章 绪论

1.1 前言

随着科技日新月异的发展我们所消耗的不可再生资源也日益增加,这也导致温室气体^[1]二氧化碳(CO₂)、氧化亚氮(N₂O)、氟利昂、甲烷(CH₄)排放量和空气中细颗粒物^[2]含量的不断增加。人们对低危害能源的关注越来越提高。同时随着城市的发展方向越来越智能化,这其中也涌现出许多新的能力,而这些能力的施展绝大部分需要依靠电力作为动力来完成。这可能使得电量的供应关系被打破,出现供不应求的状况从而影响城市的发展。基于以上两点,人们开始重视自然能源，这些能源取之不尽并且环境无害。但是这些能源通常只会出现在特定时间段(如潮汐能随着月亮公转的周期而改变)^[3],同时在对地理位置也有很高的要求。这种分布上的不均匀性导致了这种能源不能成为人们的普遍性能源。既然完全无害的可再生能源不能满足我们的生活需求,所以研究使用周期长、环境伤害小、原料价格低、能量储存巨大的新型电化学储能系统就显得特别重要了。

多电子转移反应体系^[4]相较于单电子反应体系^[5]而言的潜能无疑是更巨大的。由于可以有多个电子转移，那么这类电池的电量储存密度也会成倍的增长。

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