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摘 要

当今能源需求量巨大，社会对储能技术十分重视，在储能技术中电池技术是重中之重，锂离子电池虽然非常泛用，但随着锂离子电池市场增长扩张，锂资源短缺和价格上涨逐渐被人注意到，因此，势必需要寻找一种新的材料来取代。在许多材料中，钠元素的产量极高的同时价格平民，由此产生的钠离子电池性质也和锂离子电池接近，因此得到了许多重视与宣传。但是钠离子和锂离子也有很明显的区别，钠离子的离子半径更大导致一些常用于锂离子电池的电极材料无法直接移植到钠离子电池中，特别是负极材料是影响当今钠离子电池产业化的一个关键问题，本次的课题主要探讨钠离子电池的负极，采用类似于石墨烯的层状结构材料Ti₃C₂Tx MXene。本课题首先通过制备多层MXene，再超声离心获得少层MXene，最后进行褶皱处理。拿制成的褶皱MXene去进行XRD、SEM分析和电化学性能分析，最后得出结论制备的褶皱MXene是优秀的钠离子电池电极。

关键词：钠离子电池 MXene 负极材料

Making 3D crumpled MXene and research of the electrochemical properties of it

Abstract

At present, we need more and more energy, and the society pays a lot attention to the technology of energetic storage. In the technology of energetic storage, the battery technology has been given the top priority. Although the lithium-ion battery is widely used, with the growth and expansion of the lithium-ion battery market, the shortage of lithium resources and the rising price are gradually noticed. Therefore, it is bound to find a new material to replace it. In many materials, sodium ion battery has been given the priority and publicized because that sodium is widespread in the earth’s crust, at the same time, it has very low price. Last but not least, sodium ion battery has the same electrochemical properties, which is excellent over all materials.However, there are obvious differences between sodium ion and lithium ion. Due to the larger radius of sodium ion, some electrode materials commonly which are commonly used in lithium ion batteries can not be easily transplanted into sodium ion batteries, especially the negative materials. The negative materials will be the key project on the place of the production of sodium ion batteries .This topic mainly discusses the positive materials of sodium ion batteries, which are similar to graphene Ti₃C₂T_x MXene. The crumpled MXene was used for XRD, SEM analysis and electrochemical performance analysis. Finally, it was concluded that the crumpled MXene was an excellent electrode for sodium ion battery.

Key words: Sodium-ion battery, MXene, Negative electrode material

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 电池储能技术 2

1.2.1 锂离子电池和它的工作原理 3

1.2.2 钠离子电池技术 5

1.3 MXene材料的研究现状 7

1.3.1 MXene的结构 7

1.3.2 MXene的制备 9

1.3.3 MXene材料的电学应用 9

1.3.4 MXene材料在钠离子电池的应用 10

1.4 绪论小结 11

第二章 实验部分 12

2.1 实验药品 12

2.2 实验仪器 12

2.3 实验流程 13

2.4 实验表征方法和性能测试 13

2.4.1 X射线衍射物相分析（XRD） 13

2.4.2 扫描电子显微镜形貌分析（SEM） 14

2.4.3 恒流充放电测试 14

2.4.4 倍率性能测试 15

2.4.5 长循环测试 15

2.4.6 交流电阻抗测试 15

第三章 性能表征(预测实验) 16

3.1 物相分析 16

3.2 形貌分析 17

3.3 电化学性能表征 19

第四章 结论与展望 23

4.1 实验结论 23

4.2 实验展望 23

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

地球出生46亿年，人类在生命的演化中站到了最高点，从早期文明的摇篮到浩瀚星辰，这漫长的发展史中，人类对自然资源的应用时刻都是文明等级的最真实写照，每一次能源技术的进步和效率的提升，都是使人类迈向更高的台阶的基础。直到一千年以前，人们的热源还是只来自烧木炭，武器全靠锋利，移动和运输全靠畜力。但当人们开始大规模开采煤炭这种古代化石燃料，也就为第一次工业革命的展开提供了充足的能源保障，依靠煤炭驱动的蒸汽机轰鸣着超越了马车，碾过了旧时代人们对机械的偏见与对生物力量的固执，人类的生产力开始暴涨。而随着石油，这种和煤炭演化方式类似的古代化石能源，作为一种更加便于利用且安全可靠的能源被逐步开发，它在全世界范围内的广泛运用直接开启了第二次工业革命；而与此同时，老家伙煤炭也并没有被抛弃掩埋在历史长河河底的泥沙中，它被以另一种形式大量使用——火力发电的原料，电力技术的开发是第二次工业革命的第二个重要影响因素。这两种能源相辅相成的开发和使用伴随了整个的第二次工业革命。随着社会经济的持续而高速的发展与人类对资源总需求量的急剧增加，人类对化石能源的依存度越来越高，再加上对化石燃料开发深度的不断加深，我们不仅需要烧煤发电取暖，烧油开车开机器，更要焦炭、焦油、苯、煤气、各种烯烃、炔烃、芳环烃等可以进行二次加工制成其他高价值产品的分离产物，能源的消耗量达到了一个空前的规模，对于能源的纯度品质要求也达到一个新的高度。

但是产业扩大、消耗量增大必然会带来新的问题，首先是地球资源，资源的总量终究是有限的，我们每次使用化石燃料必然会带来多方位的污染。比如我们在使用化石能源的时候，其中最主要成分的是C，在燃烧反应中会生成CO₂，而CO₂这种温室气体将会导致地球整体的平均气温升高，即所谓“温室”效应，除去C为主要元素的煤炭石油，以甲烷为主要成分的第三类化石燃料--天然气虽然成分纯度高所以较为清洁，但是也逃脱不出产生CO₂的反应。所以煤、石油、天然气也是被公认是造成全球气候变暖的元凶。此外，除去产生温室气体以外，石油燃烧还会产生诸如SO₂、NO₂等的有毒气体，并进一步导致酸雨等灾害，污染土地资源与水资源。

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