氟化碳纳米管/碳纳米管海绵材料制备及锂硫电池性能研究

发布时间：2022-01-04 08:08

　　锂-多硫化锂电池是一种由锂硫电池演变产生的电池类型,因其高活性物质利用率和良好的反应动力学,被认为是具有优异发展前景的新一代储能装置。然而,由于常用的碳基电极与可溶性的多硫化锂之间相互作用较弱,不能限制多硫化锂的穿梭效应,从而导致循环寿命低,衰减严重的问题。在这里,我们创新性地设计了一种非对称自支撑的复合海绵材料电极,该电极以碳纳米管海绵（CSP）为主体,一面为裸露的碳纳米管可作为自支撑集流体,其余表面均被厚度约为0.5μm高氟化程度的氟化碳纳米管（F-CNTs,氟碳比为0.88）包裹。CSP可提供充足的空间进行高载量的硫负载,三维网状结构能使离子快速移动,并且高导电网络结构能为电子快速转移提供通道。根据第一性原理理论计算,证明F-CNTs层显示了对可溶的多硫化锂强大的吸附作用,从而限制了多硫化锂从CSP向负极的扩散,显著抑制了穿梭效应。由此,该电极展现了良好的电化学性能,在硫载量为2.55 mg cm^-2时,0.2 C下放电达到1344 mAh g^-1的高比容量,在2 C高倍率下仍有780.9 mAh g^-1的放电容量... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【部分图文】：

锂硫电池和锂离子电池（三元正极和石墨烯负极）的能量密度对比图

这也使得锂硫电池具有 2500 W h kg-1或 2800 W h L-1的高理论能量密度（图1-1）[8,9]。此外，地壳中含有大量硫元素，且价格低廉，因此锂硫电池成为一项极具前景且成本较低的能量储存技术。自 20 世纪 60 年代以来锂硫电池一直受到全球广泛的研究，数十年过去了，但是这种电池仍然存在循环过程中放电容量低和容量衰减快的问题。Nazar 和他的同事研制一种高序介孔碳硫正极用于锂硫电池，在 2009 年取得了重大突破[10]。他们将硫包封在 CMK-3 的介孔内，这实验表明 20 次循环后仍具有放电容量高

天津大学硕士学位论文石墨烯和炭黑的特定高分子溶液中进行反应，制备碳硫复合正极。与未经过石烯包裹的硫正极进行比较，该电极展现了良好的性能，0.2 C 放电达到约 750Ah g-1的比容量，循环 100 圈后仍有 70%的容量剩余。随后的研究中，使用富含氧元素的氧化石墨烯来进行硫正极材料的制备。[17]成的方式是使用硫化钠和酸反应生成单质硫负载在氧化石墨烯中。理论计算证在氧化石墨烯中 S-O 和 S-C 的作用力由于含氧集团的存在要更大一些。利用种相互作用，该电极的性能在 0.1C 下达到 1000mAhg-1的比容量，50 圈循环还有约为 95%的比容量剩余。最近，使用超小的硫纳米颗粒负载在还原氧化石墨烯材料上制备电极展现了错的效果。[18]合成过程为硫首先与乙二胺反应形成硫胺复合物，随后将复合物入还原氧化石墨烯与盐酸混合的溶液中，使得硫在还原氧化石墨烯上成核，通调节 PH 值，形成直径为 5-150nm 的硫微粒，如图 1-3 所示。使用最小的 5nm


本文编号：3568010