邱健蓄电池的材料介绍

在曩昔的十年中，由于可再生能源资源和环境需求的实践应用，储能技能现已成为全球日益重视的论题[1]。风能和光伏等代替能源技能有望弥补能源需求，并在几个工业化国家中变得越来越突出。因而产生的电力被传输到负荷均衡变压器的储能设备中。然后，经过电网分配给消费者[2]。便携式储能设备可能用于混合动力电动汽车、插电式混合动力电动汽车和纯电动汽车（EV）。此外，它还作为电子元件在超级电容器、燃料电池和电池中发挥着重要效果。在市场上众多商业存储解决方案中，锂离子电池（LIBs）现已在电动汽车和发电站中扩展了它们的效果[3-5]。

锂离子电池具有巨大的电化学功能，如高电压、高能量密度和高比功率以及宽工作温度范围和杰出的耐久性。由于锂是一种轻金属元素，其氧化复原电位低（E⁰(Li+/Li) = -3.04V相对于标准氢电极（SHE））。此外，由于其半径小（0.76Å）[3]，它很容易在固体中分散。现在，锂离子电池现已渗透到便携式电子市场，并成为下一代电动汽车的候选电源。然而，由于阴极资料的限制，可充电锂离子电池的开展仍然面临一系列应战。此外，锂在地壳中的储量较低，而且来自地缘政治敏感区域。随着电动汽车和混合动力电动汽车的大规模开展，对锂的需求添加，锂的价格容易上涨。另一个忧虑是废旧电池的处置可能会构成土壤污染[6]。人们认为，在摇椅电池中运用Na而不是Li能够缓解由锂引起的问题。钠具有第六丰厚的地壳元素（平均为23,600ppm）的优势，易于回收，本钱低价，具有适宜的氧化复原电位-2.71V[7-9]。即便如此，高功能钠离子电池（SIB）开发的首要关键问题是缺乏理想的导电资料用于电极。纳米结构碳资料，尤其是

发光量子点碳纳米粒子的尺度<10nm，因其超小的尺度、亲水性和生物相容性以及优异的光致发光功能，被认为是一种有利的代替半导体资料，可用于各种应用中，如Si和Ge[12]。一般来说，CQDs是经过化学前体组成的。最近，由于经济和环境方面的考虑，生物质废弃物正在被用作CQDs的潜在代替原料[13,14]。最近，许多工作报导了从废弃生物质（如橙皮[15]、西瓜[16]和栗子（Castanopsis eyrei）[17]以及某些植物叶子[18]中组成CQDs。根据生物质的CQDs有助于避免难以降解的化学品的消耗。此外，由生物质衍生的碳电极具有许多长处，例如高比外表积、大的层间距离、明确的孔径散布、优异的电导率和易于改性的外表化学性质[19]。量子尺度的CQDs进步了反应动力学，适应活性资料的体积变化并减少了离子分散途径[20]。

几种过渡金属氧化物已被广泛用作阳极资料，包括SnO2[21]、FeO[22]、CoO[23]、NiO、Co3O4、Mn3O4和Fe3O4[24]。其中，由于其相对较高的理论比容量（约782mAh g-1），高于商业石墨（约370mAh g-1），SnO2被优先选为有前景的阳极资料。此外，它本钱低价，并构成了分层中空结构。纯SnO2因其初始容量丢失大和严重的容量衰减以及合金化和去合金化过程中锡纳米颗粒的聚集导致的体积变化而遭到按捺，这会影响电极的粉碎和电接触的丧失。在这种情况下，发现最好设计一种典型的SnO2复合资料，通常与碳质资料特别是CQDs结合运用，以增强其内涵功能。例如，据报导，碳涂层分层SnO2空心球在100mA g-1时可提供高达1307.4mAh g-1的容量[21]。

包括层状过渡金属氧化物、过渡金属氟化物、磷酸盐、氟磷酸盐、焦磷酸盐、硫化物、硫酸盐、普鲁士蓝和有机聚合物在内的许多阴极资料已被探索用于SIBs中。在这些资料中，钒（V）基阴极资料，特别是钠层状氧化物（Na x VO 2 ），由于它们的高工作电压、理论容量和能量密度以及丰厚的电化学反应而被认为是有用的电极[25]。NaV 6 O 15 在LIBs中表现出色，但在SIBs中的循环性和速率才能较差。因而，在电极外表涂覆碳以添加导电性并促进电极中的电子传输，以及在长时间充电和放电过程中进步循环性[26]。Song等人陈述称，碳包覆NaV 6 O 15纳米管的分层架构提供了初始容量为168mA g –1 的初始容量，并在0.1°C时达到了最大容量比率为209mAh g –1 [27]。

凝胶聚合物电解质（GPEs）在柔性电池中扮演着重要角色。GPEs经过取代液体电解质从而防止任何走漏，克服了液体电解质的许多问题，尤其是在柔性电池中。具有内涵柔性的GPEs提供了广大的潜在电化学窗口，低毒性且高安全性。由于杰出的离子导电性、非易燃性、高热安稳性、抗走漏性和机械安稳性，GPEs已被广泛用于柔性电池[28]。根据聚丙烯腈（PAN）的凝胶电解质在25°C时具有高离子导电性（约10^-3 S cm^-1）[29]。例如，由聚丙烯腈/热塑性聚氨酯/聚苯乙烯（PAN/TPU/PS）组成的高功能GPEs在室温下显示出最大离子导电率为3.9 × 10^-3 S cm^-1，电化学安稳窗口为5.8 V[30]。此外，隔阂的效果也需要研讨，由于它们是电池的重要组成部分。

在本研讨中，经过碱性过氧化氢辅助水热碳化（HTC）办法从刺槐（Samanea saman）的枯叶中组成碳量子点（CQDs）。组成的CQDs分别负载SnO2（CQDs@SnO2）和NaVO3（CQDs@NaVO3）作为柔性锂离子电池正负极资料。根据聚乙烯醇的聚（3-己基噻吩）（P3HT）用作柔性锂离子电池中的凝胶聚合物电解质。组成的CQDs，构成正负极资料，经过紫外-可见光谱（UV-vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）和透射电子显微镜（TEM）进行了表征。在柔性电池中测试了各种隔阂，如铟锡氧化物涂层聚氧乙烯十三烷基醚（ITO/PTE）、宣纸（RP）、带三个大孔的硅胶（SIL BH）、带许多小孔的硅胶（SIL SH）和纤维素纸（CP）。经过循环伏安法研讨了组装电池的电化学功能。运用计时电流法研讨了充放电曲线，并运用计时充放电技能研讨了1V和2V时的循环功能。