聚苯胺包覆蛋白石页岩/硫复合材料的制备及其电化学性能
发布时间：2021-01-20 11:48
以蛋白石页岩为载硫体,通过化学沉积法制备蛋白石页岩/硫复合材料,再利用化学氧化聚合法在其表面包覆一层聚苯胺,制备出一种新型的蛋白石页岩/硫–聚苯胺复合材料,作为锂硫电池的正极材料。SEM、TEM和BET等测试结果表明蛋白石页岩呈层状多孔结构,小尺寸硫在材料内分布均匀,聚苯胺包覆的厚度约为400 nm。电化学性能测试表明,蛋白石页岩/硫–聚苯胺正极活化后放电比容量最高达到1164.93 m Ah/g,在0.5C（1.0C=1675 m A/g）倍率下,循环300次后放电比容量为539.30 m Ah/g,库伦效率始终保持在95%以上,说明蛋白石页岩具有良好的吸附性,同时导电聚苯胺包覆层具有双效固硫的作用,有利于吸附多硫化物和抑制穿梭效应。
【文章来源】：无机材料学报. 2017,32(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
硫(a)、蛋白石页岩(b)、蛋白石页岩/硫(c)和蛋白石页岩/硫-聚苯胺(d)的XRD图谱
1168无机材料学报第32卷图3蛋白石页岩、蛋白石页岩/硫和蛋白石页岩/硫-聚苯胺的氮气等温吸脱附图(a)和孔径分布图(b)Fig.3Nitrogenadsorption-desorptionisotherms(a)andBJHporesizedistribution(b)ofopalshale,opalshale/Sandopalshale/S-PANI为材料中存在大量的介孔,在高压区发生毛细凝聚使得氮气吸附量增加[20]。蛋白石页岩的比表面积和孔容分别为90.78m2/g和0.20cm3/g,蛋白石页岩/硫的比表面积和孔容分别减小为33.93m2/g和0.11cm3/g,表明部分硫进入蛋白石页岩的孔隙中,使得蛋白石页岩的孔隙率减校蛋白石页岩/硫-聚苯胺的比表面积和孔容分别为44.02m2/g和0.12cm3/g,相比于包覆前略有增大,这是因为化学氧化法制得的聚苯胺结构具有多孔性,且比表面积较大,可适当增大材料孔隙率。图3(b)为样品对应的孔径分布图,可以看出蛋白石页岩的孔径主要为2~5nm的介孔,注硫后平均孔径减小,聚苯胺包覆后平均孔径略有增大。2.3蛋白石页岩/硫–聚苯胺的热重分析图4为蛋白石页岩/硫-聚苯胺在氮气气氛中的热重分析曲线,温度测试范围为50~700℃,升温速率为10℃/min。由图4可知,蛋白石页岩/硫–聚苯胺的质量损失主要分为两个阶段,当温度在150~280℃范围时,由于硫的蒸发引起失重,对应硫的质量分数为46.6%;当温度在280~600℃范围时,由于聚苯胺的分解引起失重,对应聚苯胺的质量分数为6.7%。图4蛋白石页岩/硫-聚苯胺的热重分析曲线Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curveofopalshale/S-PANI2.4充放电性能测试图5(a)为0.5C倍率下蛋白石页岩/硫和蛋白石页岩/硫-聚苯胺循环性能图,由图可知,蛋白石页岩/硫的首次放电比容量为832.39mAh/g,循环300次后衰减为373.48mAh/g,容量保持率为44.87%,库伦效率保持在95%左右,?
2/g和0.20cm3/g,蛋白石页岩/硫的比表面积和孔容分别减小为33.93m2/g和0.11cm3/g,表明部分硫进入蛋白石页岩的孔隙中,使得蛋白石页岩的孔隙率减校蛋白石页岩/硫-聚苯胺的比表面积和孔容分别为44.02m2/g和0.12cm3/g,相比于包覆前略有增大,这是因为化学氧化法制得的聚苯胺结构具有多孔性,且比表面积较大,可适当增大材料孔隙率。图3(b)为样品对应的孔径分布图,可以看出蛋白石页岩的孔径主要为2~5nm的介孔,注硫后平均孔径减小,聚苯胺包覆后平均孔径略有增大。2.3蛋白石页岩/硫–聚苯胺的热重分析图4为蛋白石页岩/硫-聚苯胺在氮气气氛中的热重分析曲线,温度测试范围为50~700℃,升温速率为10℃/min。由图4可知,蛋白石页岩/硫–聚苯胺的质量损失主要分为两个阶段,当温度在150~280℃范围时,由于硫的蒸发引起失重,对应硫的质量分数为46.6%;当温度在280~600℃范围时,由于聚苯胺的分解引起失重,对应聚苯胺的质量分数为6.7%。图4蛋白石页岩/硫-聚苯胺的热重分析曲线Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curveofopalshale/S-PANI2.4充放电性能测试图5(a)为0.5C倍率下蛋白石页岩/硫和蛋白石页岩/硫-聚苯胺循环性能图,由图可知,蛋白石页岩/硫的首次放电比容量为832.39mAh/g,循环300次后衰减为373.48mAh/g,容量保持率为44.87%,库伦效率保持在95%左右,表明蛋白石页岩对多硫图5蛋白石页岩/硫和蛋白石页岩/硫-聚苯胺在0.5C倍率下的循环性能图(a)和倍率性能图(b)Fig.5(a)Cyclingperformanceandthecorrespondingcou-lombicefficiencyat0.5Crate;(b)ratecapabilityunderdiffer-entdischargerateoftheopalshale/Sandopalshale/S-PANI
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂/硫电池的研究现状、问题及挑战[J]. 胡菁菁,李国然,高学平. 无机材料学报. 2013(11)
[2]嫩江蛋白石页岩的结构及其吸附性能[J]. 杨殿范,魏存弟,宁维坤,徐少南,蒋引珊. 吉林大学学报(地球科学版). 2010(05)
[3]毛细凝聚和吸附-脱附回路的物理化学解释[J]. 汪政德,张茂林,梅海燕,孙良田,李士伦,吴清松. 新疆石油地质. 2002(03)
本文编号：2988988
【文章来源】：无机材料学报. 2017,32(11)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
硫(a)、蛋白石页岩(b)、蛋白石页岩/硫(c)和蛋白石页岩/硫-聚苯胺(d)的XRD图谱
1168无机材料学报第32卷图3蛋白石页岩、蛋白石页岩/硫和蛋白石页岩/硫-聚苯胺的氮气等温吸脱附图(a)和孔径分布图(b)Fig.3Nitrogenadsorption-desorptionisotherms(a)andBJHporesizedistribution(b)ofopalshale,opalshale/Sandopalshale/S-PANI为材料中存在大量的介孔,在高压区发生毛细凝聚使得氮气吸附量增加[20]。蛋白石页岩的比表面积和孔容分别为90.78m2/g和0.20cm3/g,蛋白石页岩/硫的比表面积和孔容分别减小为33.93m2/g和0.11cm3/g,表明部分硫进入蛋白石页岩的孔隙中,使得蛋白石页岩的孔隙率减校蛋白石页岩/硫-聚苯胺的比表面积和孔容分别为44.02m2/g和0.12cm3/g,相比于包覆前略有增大,这是因为化学氧化法制得的聚苯胺结构具有多孔性,且比表面积较大,可适当增大材料孔隙率。图3(b)为样品对应的孔径分布图,可以看出蛋白石页岩的孔径主要为2~5nm的介孔,注硫后平均孔径减小,聚苯胺包覆后平均孔径略有增大。2.3蛋白石页岩/硫–聚苯胺的热重分析图4为蛋白石页岩/硫-聚苯胺在氮气气氛中的热重分析曲线,温度测试范围为50~700℃,升温速率为10℃/min。由图4可知,蛋白石页岩/硫–聚苯胺的质量损失主要分为两个阶段,当温度在150~280℃范围时,由于硫的蒸发引起失重,对应硫的质量分数为46.6%;当温度在280~600℃范围时,由于聚苯胺的分解引起失重,对应聚苯胺的质量分数为6.7%。图4蛋白石页岩/硫-聚苯胺的热重分析曲线Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curveofopalshale/S-PANI2.4充放电性能测试图5(a)为0.5C倍率下蛋白石页岩/硫和蛋白石页岩/硫-聚苯胺循环性能图,由图可知,蛋白石页岩/硫的首次放电比容量为832.39mAh/g,循环300次后衰减为373.48mAh/g,容量保持率为44.87%,库伦效率保持在95%左右,?
2/g和0.20cm3/g,蛋白石页岩/硫的比表面积和孔容分别减小为33.93m2/g和0.11cm3/g,表明部分硫进入蛋白石页岩的孔隙中,使得蛋白石页岩的孔隙率减校蛋白石页岩/硫-聚苯胺的比表面积和孔容分别为44.02m2/g和0.12cm3/g,相比于包覆前略有增大,这是因为化学氧化法制得的聚苯胺结构具有多孔性,且比表面积较大,可适当增大材料孔隙率。图3(b)为样品对应的孔径分布图,可以看出蛋白石页岩的孔径主要为2~5nm的介孔,注硫后平均孔径减小,聚苯胺包覆后平均孔径略有增大。2.3蛋白石页岩/硫–聚苯胺的热重分析图4为蛋白石页岩/硫-聚苯胺在氮气气氛中的热重分析曲线,温度测试范围为50~700℃,升温速率为10℃/min。由图4可知,蛋白石页岩/硫–聚苯胺的质量损失主要分为两个阶段,当温度在150~280℃范围时,由于硫的蒸发引起失重,对应硫的质量分数为46.6%;当温度在280~600℃范围时,由于聚苯胺的分解引起失重,对应聚苯胺的质量分数为6.7%。图4蛋白石页岩/硫-聚苯胺的热重分析曲线Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curveofopalshale/S-PANI2.4充放电性能测试图5(a)为0.5C倍率下蛋白石页岩/硫和蛋白石页岩/硫-聚苯胺循环性能图,由图可知,蛋白石页岩/硫的首次放电比容量为832.39mAh/g,循环300次后衰减为373.48mAh/g,容量保持率为44.87%,库伦效率保持在95%左右,表明蛋白石页岩对多硫图5蛋白石页岩/硫和蛋白石页岩/硫-聚苯胺在0.5C倍率下的循环性能图(a)和倍率性能图(b)Fig.5(a)Cyclingperformanceandthecorrespondingcou-lombicefficiencyat0.5Crate;(b)ratecapabilityunderdiffer-entdischargerateoftheopalshale/Sandopalshale/S-PANI
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂/硫电池的研究现状、问题及挑战[J]. 胡菁菁,李国然,高学平. 无机材料学报. 2013(11)
[2]嫩江蛋白石页岩的结构及其吸附性能[J]. 杨殿范,魏存弟,宁维坤,徐少南,蒋引珊. 吉林大学学报(地球科学版). 2010(05)
[3]毛细凝聚和吸附-脱附回路的物理化学解释[J]. 汪政德,张茂林,梅海燕,孙良田,李士伦,吴清松. 新疆石油地质. 2002(03)
本文编号：2988988
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