正硅酸乙酯复合细菌纤维素气凝胶的制备和锂电池性能的评估毕业论文_化学工程与工艺毕业论文

正硅酸乙酯复合细菌纤维素气凝胶的制备和锂电池性能的评估毕业论文

2021-04-27更新

摘 要

正硅酸乙酯(TEOS)中,烷氧基与硅之间的化学键很不牢固,在催化剂的作用下,很容易产生水解反应,产生Si-OH。近年来,根据这一现象,以正硅酸乙酯水解产生的Si-OH与其他物质进行反应,制作复合材料受到了研究人员的重视。到目前为止已有不少学者对正硅酸乙酯水解与缩合形成溶液-凝胶的转化过程进行了大量的研究。同时已有研究表明:酸性条件可以促进TEOS发生水解反应,碱性条件可以促进TEOS发生缩聚反应,因此,出于本文的研究目标,选择碱性条件作为催化剂,由于TEOS与水互不相溶,因此需要加共溶剂,选择乙醇作为共溶剂。材料的结构和形貌分别通过X射线衍射和场发射扫描电子显微镜进行测定和观察。锂电池性能通过蓝电系统进行测试,主要考察了TEOS与细菌纤维素(BC)不同比例下电池性能的差异。结果显示:0.1gBC复合4mlTEOS时拥有最好的比容量。在锂离子电池的应用上有着潜在的价值。

关键词:正硅酸乙酯;细菌纤维素;锂电池

Preparation and performance evaluation of TEOS composite bacterial cellulose aerogels

ABSTRACT

In the structure of TEOS four ethyl ester (TEOS), the chemical bond between alkoxy group and silicon is very weak. Under the action of catalyst, it is easy to hydrolyze and produce Si-OH. In recent years, researchers have paid more attention to the fabrication of composite materials by reacting Si-OH with other four kinds of compounds by hydrolysis of teos. So far, many scholars have made a great deal of research on the process of hydrolysis and condensation of TEOS four ethyl ester to form solution – gel. At the same time, it has been shown that acidic conditions conducive to TEOS hydrolysis reaction, alkaline conditions favor TEOS condensation reaction, therefore, the goal of this paper is based on the selection of alkaline conditions as catalyst, due to TEOS and water immiscible, therefore need to add solvent, reference, ethanol was selected as CO solvent. The structures and morphologies of the materials were measured and observed by X ray diffraction and field emission scanning electron microscopy, respectively. The performance of the lithium battery was tested by a blue power system. The performance of TEOS and bacterial cellulose (BC) under different ratios were investigated. The results show that 0.1gBC has the best specific capacity when combined with 4mlTEOS. It has potential value in the application of Li ion battery.

Key words: TEOS four ethyl; bacterial cellulose; lithium battery

目录

1 绪论 7

1.1锂电池的简介 8

1.1.1锂电池 8

1.1.2 电极材料 9

1.2 TEOS在锂离子电池上的应用 10

1.2.1TEOS的简介 10

1.2.2 硅基材料在锂离子电池上的应用 12

1.3细菌纤维素的简介 12

1.4本论文的研究思路和主要内容 13

1.4.1本论文的研究目的 13

1.4.2本论文的研究内容 14

2实验部分 14

2.1化学试剂和实验仪器 15

2.2材料的制备 16

2.2.1硅基材料的制备 16

2.2.2细菌纤维素气凝胶的制备 16

2.2.3碳硅复合材料的制备 16

2.2.4电池的制备和测试 16

2.3气凝胶的表征 17

2.3.1 X-射线衍射(XRD) 17

2.3.2 场发射电子显微镜(FESEM) 17

2.4电化学性能测试 17

2.4.1恒流充放电测试 17

3实验结果与讨论分析 18

3.1材料表征 18

3.1.1SEM 18

3.1.2XRD 19

3.2电池性能测试 22

3.2.1充放电曲线 22

3.2.2 倍率性能 25

结论 28

致谢 29

参考文献 30

1 绪论

1.1锂电池的简介

1.1.1锂电池

锂电池作为一种新能源拥有许多化石能源所没有的优势,诸如:高效,清洁,无污染等。随着各个领域的不断扩展锂离子电池的产量也不断的增加。如今锂电池行业已经开始向着新生产业不断地拓展,比如电动自行车,特斯拉汽车,医疗航空等。不再仅仅局限于传统的电子产品比如手机,笔记本电脑,随身听。从全球生产现状来看,中国的锂离子电池市场空间巨大且增长迅速,俨然成为一个锂离子电池生产的大国。

锂电池不同于传统的镍氢电池,锂电池电压高,重量轻。一个锂离子电池平均电压就能达到3.7V或者3.2V[1]。相当于2-4个镍氢电池的串联电压。与传统镍氢电池相比,锂电池有许多传统镍氢电池无法比拟的优点:

(1) 锂电池的能量和密度针对其它电池也很高。锂电池具有高储能量密度,目前常用的锂电池密度可达到450-620Wh/kg,是铅酸蓄电池的5-7倍[2]。如果人们选用蓄电池还会考虑到一个非常重要的问题,那就是污染。

(2)针对电池重量来对比。一只锂电池的重量约为铅酸蓄电池的5-6倍。虽然锂电池的重量和聚合物锂电池的重量差不了多少。但是看容量与寿命,人们都是会选择锂电池[3]

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