纳米纤维素基水系柔性锌电池的制备及其电化学性能研究

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1、分类号：密级：ｕＵＤＣ：学号：４０５９０６３１５０１５南昌大学硕士研究生学位论文纳米纤维素基水系柔性锌电池的制备及其电化学性能研究ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮａｎｏｓｃａｌｅＢａｓｅｄＦｌｅｘｉｂｌｅＺｉｎｃＢａｔｔｅｒｙ刘竞择培养单位（院、系）：机电工程学院指导教师姓名、职称：柳和生教授申请学位的学科门类：工学学科专业名称：材料加工工程论文答辩日期：２０１８年５月２６日答

2、辩委员会主席评阅人：２０１８年月日摘要摘要纤维素纳米纤维，从天然植物中分离出来，在能量存储装置中具有广阔的应用前景。而水体系电池因为制备简单，环境友好，且生物相容性好，受到国内外研究者的广泛关注。因此本文以纤维素纳米纤维为出发点，制备柔性复合纸和水凝胶，探究其作为柔性电池电极材料时的性能，考察了其组装成电池的应用能力。本论文的研究内容主要包括以下三个部分：（1）为了保证柔性电池，选择使用沉积锌作为电池电极，以纯纳米纤维素薄膜做隔膜，在不同的水体系电解液中，沉积锌展示出不同的电化学性能，其中

3、氯化铵、氯化锌、硫酸锌混合溶液中，沉积锌展示出良好的电化学循环性能，在4A/g电流密度下循环充放电1000次，保容率达到83.1%，无刺穿隔膜的短路现象；（2）在制得的GNP/CNF复合膜上电沉积PANI，CNF的加入不但与GNP混合良好，展示了更好的机械强度，同时能诱使PANI在复合膜上更迅速的沉积聚合，并使复合膜有更好的电化学性能，选择50w%含量的CNF复合膜，能够保证复合膜有足够的导电性能，电沉积15min，即制备得容量153mAh/g的柔性锌电池正极。（3）纤维素纳米纤维的溶胀在混合的水凝胶

4、中提供了丰富的孔径，提高了电解液向活性材料的离子扩散。由于导电石墨纳米片促进离子扩散和电子传输之间的平衡，在混合水凝胶中纤维素纤维素纳米纤维的最佳成分为50w%。从优化的混合水凝胶组装的水性锌离子电池具有高的比容量为149.4mAh/g，能量密度为113.2mW/g。此外，混合水凝胶也保证了水性锌离子电池的高柔性。在机械弯曲下，电化学性能仅有一点衰减。在充电完成后，可以点亮LED灯泡，证明所制备的电池有实际应用可能。关键词：纳米纤维素；水系锌电池；电沉积；柔性电极；水凝胶；自支撑IABSTRACTAB

5、STRACTCellulosenanofibers,whichareisolatedfromnaturalplants,havebroadapplicationprospectsinenergystoragedevices.Watersystembatteriesarewidelyconcernedbyresearchersathomeandabroadbecauseoftheirsimplepreparation,environmentalfriendlinessandgoodbiocompatib

6、ility.Therefore,usingcellulosenanofibersasthestartingpoint,flexiblecompositepaperandhydrogelswereprepared,andtheperformanceoftheflexiblebatteryelectrodematerialswasexplored,andtheapplicationcapacityoftheirassembledcellswasinvestigated.Theresearchcontent

7、softhisthesisincludethefollowingthreeparts.(1)Inordertoguaranteetheflexiblebattery,thedepositionzincisselectedasthebatteryelectrodeandtheYISHIONnanoscalemembraneisusedasdiaphragm.Inthedifferentwatersystemelectrolyte,thedepositionofzincshowsdifferentelec

8、trochemicalproperties.Inthemixedsolutionofammoniumchloride,zincchlorideandzincsulfate,thedepositionofzincshowsagoodelectrochemicalcycle.Underthecurrentdensityof4A/g,thechargecanbedischargedfor1000times,andthevolumeretentionratere