碳基复合光伏转化与高性能储电材料的制备及性能研究

【摘要】：传统的太阳能电池只具有能量转化作用,而缺少直接储存电能的功能,使得太阳能电池应用受到很大限制。本论文采用原位复合的方法获得颗粒分散均匀的TiO2/carbon aerogel负极材料,开展集高转化效率与能量存储的一体化太阳能电池研究,有利于推动光伏电池的发展及广泛应用。利用SBA-15作为模板剂制得锂硫电池正极材料,成功地获得了结构形貌规则的S/carbon aerogel复合材料样品。通过X射线衍射、紫外可见光吸收、场发射扫描电子显微镜以及场发射投射电子显微镜等分析方法对样品形貌及结构进行表征；采用循环伏安、交流阻抗、循环充放电等方法对电池的性能进行了测试。研究结果表明：原位制得的TiO2/carbon aerogel复合物在烧结温度达到550℃时,呈现出典型的球形多孔结构。其中,TiO2carbon aerogel分布均匀,TiO2平均晶粒为7 nm,晶面间距为0.35 nm,复合物比表面积高达556.1 m2g-1。电池性能测试表明,组装的太阳能电池集光电转化和电能储存两种功能于一体,最高电压达750 mV,最高光电转换效率为6.94%,电池经50次循环后比容量仍保持原来的88%。另外,SBA-15对S/carbon aerogel复合材料的形貌起着关键结构调控作用,在硫和碳气凝胶3：1的比例下所制备的S/carbon aerogel复合材料呈规则的藕节形结构,每节长度在650 nmn左右,直径在300 nm左右。电化学测试表明,0.5 C下其放电比容量最高达1572mAh g-1,50次循环后下仍能达到1140.7 mAhg-1,容量保持率达72.5%。 【关键词】：原位法 碳基复合物 染料敏化 锂硫电池 光伏储能一体化
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 前言13
• 1.2 染料敏化太阳电池13-19
• 1.2.1 电池概述13-17
• 1.2.2 纳米TiO_2的改性研究17-19
• 1.3 锂硫电池19-22
• 1.3.1 锂硫电池的工作原理19
• 1.3.2 锂硫电池正极材料19-22
• 1.4 本课题的主要内容及研究意义22-24
• 1.4.1 本课题的主要内容22
• 1.4.2 研究意义22-24
• 第二章 实验部分24-32
• 2.1 主要试剂及仪器24-25
• 2.2 碳基复合材料的制备25-26
• 2.3 材料样品表征方法26-27
• 2.4 电池的组装27-28
• 2.5 染料敏化太阳电池的性能评价28-30
• 2.6 电池电化学性能测试30-32
• 第三章 TCA复合物的原位合成及电化学性能研究32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 均匀碳基材料的制备32-33
• 3.3 材料的结构表征分析33-36
• 3.3.1 XRD表征33-34
• 3.3.2 SEM和TEM表征34
• 3.3.3 BET表征34-35
• 3.3.4 紫外可见吸收光谱表征35-36
• 3.4 电化学性能表征结果分析36-40
• 3.4.1 充放电性能36-37
• 3.4.2 TCA薄膜光电性能测试J-V图37-38
• 3.4.3 充放电性能与循环性能测试38-39
• 3.4.4 交流阻抗测试39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 SCA复合材料的合成及性能研究41-47
• 4.1 前言41
• 4.2 SCA复合正极材料的制备41-42
• 4.3 材料的结构和形貌表征分析42-43
• 4.3.1 XRD表征42-43
• 4.3.2 SEM表征43
• 4.4 电化学性能测试分析43-46
• 4.4.1 放电性能44-45
• 4.4.2 循环性能45
• 4.4.3 交流阻抗45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第五章 模板剂对SCA复合材料形貌及性能的影响47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 藕节形SCA复合材料的制备47-48
• 5.2.1 模板剂概述47-48
• 5.2.2 添加模板剂制备藕节形SCA复合材料48
• 5.3 藕节形SCA复合材料的结构和形貌表征分析48-51
• 5.3.1 XRD表征48-49
• 5.3.2 SEM表征49-50
• 5.3.3 TEM表征50-51
• 5.4 电化学性能测试分析51-54
• 5.4.1 放电性能51-52
• 5.4.2 循环性能52
• 5.4.3 倍率性能52-53
• 5.4.4 交流阻抗测试53-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 6.1 结论55-56
• 6.2 展望56-57
• 参考文献57-63
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况63

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