[發(fā)明專利]一種鋅基MOF負載二氧化釩納米材料及其制備和應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202111503377.5 | 申請日： | 2021-12-09 |
| 公開（公告）號： | CN114188542A | 公開（公告）日： | 2022-03-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 何漢兵;羅澤湘;曾婧;劉真 | 申請（專利權(quán)）人： | 中南大學 |
| 主分類號： | H01M4/62 | 分類號： | H01M4/62;H01M4/48;H01M10/36;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114 | 代理人： | 袁靖 |
| 地址： | 410083 湖南*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 mof 負載 氧化 納米 材料 及其 制備 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明公開了一種鋅基MOF負載二氧化釩納米材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明以鋅基MOF材料為載體，在此基礎(chǔ)上負載二氧化釩納米材料。本發(fā)明以五氧化二釩作為釩源，并利用特定小分子有機物作為還原劑,將五氧化二釩有效的還原為二氧化釩；MOF材料具有極高的比表面積，將二氧化釩負載在其上面能夠增加電極材料和電解液接觸的比表面積，給鋅離子的嵌入和脫出提供了更多的活性位點。電化學結(jié)果表明鋅基MOF負載二氧化釩納米材料作為正極使得鋅離子電池具有良好的可逆比容量，在1A g?1電流密度下初始容量可達到299.3mA h g?1，在10A g?1電流密度下循環(huán)1000圈容量保持為141.4mA hg?1。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種鋅基MOF負載二氧化釩納米材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
近年來，新能源技術(shù)特別是可充電電池的發(fā)展取得了較大的進展。目前，鋰離子電池由于其能量傳輸效率高、高電壓以及循環(huán)壽命長而被廣泛應(yīng)用于商用儲能設(shè)備，然而其高成本和安全性等諸多問題嚴重阻礙了大規(guī)模應(yīng)用。水系鋅離子電池由于具有高導電性、鋅金屬資源豐富、化學物理穩(wěn)定性高、環(huán)境友好以及安全性高而具有廣闊的應(yīng)用前景，被認為是下一代能源存儲技術(shù)中非常有前景的替代品。
水系鋅離子電池中正極材料性能的好壞對鋅離子電池性能有重要的影響，開發(fā)高性能的正極材料成為鋅離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。目前研究較多的正極材料有錳基、釩基以及類普魯士藍電極材料。然而，各類鋅離子電池正極材料均存在著導電性能差的共性問題，導致電池循環(huán)及倍率性能不高，這成為制約鋅離子電池推廣應(yīng)用的瓶頸問題之一。
VO2(B)具有開放的隧道狀骨架，能夠使得鋅離子快速在其中脫嵌、插入，是理想鋅離子電池正極候選材料之一。然而，VO2/Zn電池的主要發(fā)展還存在一些問題:
1)溶劑化離子半徑大、二價電荷高的Zn2+需要足夠的插入空間和更穩(wěn)定的陰極結(jié)構(gòu)，否則可能導致陰極結(jié)構(gòu)的坍塌。
2)大多數(shù)釩基材料導電性差，在水溶液中的溶解度差，直接導致容量損失，電化學性能不理想。
3)較小的比表面積，導致鋅離子脫嵌速度降低。
解決這些問題通常有兩種方法，一種方法是通過離子/分子插入擴大層間間距，加速鋅離子的脫嵌/插入，另一種方法是通過包覆導電復合材料以增加材料的導電性能。
本發(fā)明使用水熱法合成了鋅基MOF-V材料，提出將二氧化釩負載到大比表的MOF材料上，從而增加了材料本身的層間距以及提供了更多能反應(yīng)的活性位點，對倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性有較大的改善，具有重要的研究意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的是提供一種鋅基MOF負載二氧化釩納米材料，該材料擴大了VO2的層間距，同時為金屬離子的脫嵌提供了更多的活性位點，容量、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性得到顯著提升。
本發(fā)明鋅基MOF負載二氧化釩納米材料的制備方法：將可溶性還原劑、五氧化二釩、鋅基MOF材料的混合溶液進行水熱反應(yīng)，產(chǎn)物洗滌、過濾、干燥獲得。
所述的可溶性還原劑包括：葡萄糖、蔗糖、草酸、水合肼、果糖和維生素C中的至少一種；鋅基MOF包括MOF-5和ZIF-8中的一種或幾種。
所述的可溶性還原劑與五氧化二釩的V/C摩爾比為1：0.5～1：5，優(yōu)選1：0.5～1：3；鋅基MOF材料與五氧化二釩的質(zhì)量比為1：1～1：12，優(yōu)選1：2.4～1：12。
所述的水熱法合成溫度均為120℃～220℃，優(yōu)選150-180℃，時間為8h～48h，優(yōu)選12-24h。
最終的產(chǎn)物洗滌試劑包括去離子水、甲醇、乙醇、N-N二甲基酰胺，優(yōu)選水和乙醇。
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