锂硫电池用金属化合物/氮掺杂碳复合材料的研究

发布时间：2021-07-14 03:40

　　锂硫电池因具有超高的理论能量密度(2600 Wh kg^-1)被认为非常有希望领军下一代新型储能电池,是当前电化学纯领域的研究热点。然而锂硫电池存在的严重的“穿梭效应”问题,严重的影响锂硫电池的循环寿命等电化学性能。针对锂硫电池此问题,我们利用协同效应的思路设计了纳米结构的多功能碳基复合材料（碳化铁/氮掺杂多孔碳片、中间层柔性复合材料纳米Nd₂O₃/氮掺杂碳纤维膜、VN/氮掺杂碳纤维）;构建基于复合材料的硫正极,利用物理限域效应以及化学吸附/键合双重作用固定多硫化物以期抑制“穿梭效应”,提高电池循环性能和倍率性能。基于上述研究思路,本文的主要研究内容分为以下几方面:1.以一种廉价的生物废弃物为原料,通过引入Fe源,获得碳化铁/氮掺杂多孔碳片（Fe₃C/N-C）复合材料。氮掺杂多孔碳片具有类石墨烯的形貌和结构。作为对比,无Fe源时制备了无规则不含碳化铁的氮掺杂多孔碳,该块状碳材料具有高的比表面和孔体积。作为载硫的基底材料,重点研究了载硫工艺对复合材料电性能的影响。基于Fe₃C/N-... 

【文章来源】：河南师范大学河南省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂硫电池结构示意图

图 1-2 锂硫电池充放电曲线图Figure. 1-2 A voltage profile of Li-S battery锂硫电池的充放电机理图如上图 1-2 所示。整个过程分为放电过程和充电过程。但是不同于锂离子电池工作原理的脱嵌机制，锂硫电池的工作原理为电化学机理即通过S-S 键的断裂与生成来实现化学能与电能之间的相互转换。如图 1-2(a) 所示，在电池的整个放电过程中，负极金属锂失去电子生成锂离子（Li+），锂离子自发的通过电解质和隔膜扩散到硫正极，而正极的硫得到电子逐步生成硫离子（S2-），最终形成锂硫电池的的放电最终产物 Li2S，所以放电反应方程式如（1-1）负极反应：16Li 16Li++ 16e-(1-1)同样的在充电过程中，由于外加电源的作用下，使得锂硫电池的充电过程按照上述放电过程的可逆过程进行，所以其相对应的放电方程式如（1-2）正极反应：S8+ 16Li++ 16e- 8Li2S (1-2)锂硫电池充放电过程中总反应方程式如（1-3）

第一章 绪论性炭利用熔融浸渍法进行载硫，最终能够获得载硫为 58.8%的多孔碳/硫复合材料，并且这种材料表现出优异的电性能，在 1C 条件下其初始放电比容量为 1039 mAh g-1并且经过 70 次充放电循环其可逆比容量仍能保持在 1023 mAh g-1。。Lou 等[27]利用二氧化锡为硬模板制备一种双壳空心碳球（DHCSs）然后经过熔融浸渍发将其与硫进行复合制备 DHCS/S 复合材料。制备得到的 DHCSs 具有均匀形貌（如图 1-3 所示）直径约为 50-100 nm，得到的 DHCS/S 复合材料的载硫量为 64%。该复合材料表现出优异的电化学性能即在 0.1C 的充放电条件下，DHCS/S 复合材料的初始放电比容量为1020 mAh g-1且经过100次充放电循环电池的可逆容量仍能保持在690 mAh g-1。


本文编号：3283335