多级孔碳基金属硫化物复合材料的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用
发布时间：2021-06-21 17:53
锂硫电池具有突出的理论比能量和成本优势,被认为是新一代最具潜力的储能系统之一。然而,单质硫及其放电产物固有的绝缘特性、充放电过程中的体积效应和“穿梭效应”以及中间多硫化物的缓慢的氧化还原动力等问题严重阻碍了锂硫电池的实际应用。针对以上科学问题,本文结合非极性碳材料和极性化合物以及中空多级孔结构各自的优势,合理设计出优异的硫正极宿主材料,以提高锂硫电池的电化学性能。具体研究内容及结果如下:（1）三维杂化Co9S8@N-CHS空心球的结构设计及其电化学性能研究。以自制二氧化硅（SiO2）纳米球为模板,首先通过水热法将钴-硅酸盐（Co-silicate）包覆在二氧化硅表面,然后通过调控碳源前驱体-聚苯并噁嗪与造孔剂-二氧化硅的比例得到Si02@Co-silicate@resorcinol微球,最后经高温碳化以及硫化热蚀得到三维杂化材料Co9S8@N-CHS空心球。在该结构中,Co9S8纳米颗粒镶嵌在碳空心球表面,协同丰富的多级孔结构形成了有效的限域空间,并阐明了该复合材料在锂硫电池正极材料中的增强机制。对比S/AC、S/N-CHS,S/Co9S8@N-CHS电极表现出更加优异的倍率特性和循环...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）锂硫电池的结构示意图［１５］：?（ｂ）各种可充电电池系统的比能量对比［２２】??Ｆｉｇ．?１－１?（ａ）?ｃｅｌｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｌｉ－Ｓ?ｂａｔｔｅｒｙ［１５＾，ｂｓｐｅｃｉｆｃ?ｅｎｅｒｇｉｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ??
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．石墨烯有着优异的导电性，且易于功能化，是目前研究最为广泛的纳米二维材粒负载在二维纳米片表面，可以借助石墨烯的表面官能团和超高表面积来捕获化物［８］。最近，Ｃｈｅｎ课题组％］通过合成还原氧化石墨烯（ｒＧＯ）负载超小型硫，当硫纳米颗粒尺寸为５ｎｍ，可以实现Ｓ的理论容量（ＷＴＳｍＡｌｒｇ－１）。；在０．电流密度下依然表现出很高的电容量，分别为１６６１?ｍＡｈｆ１、１５７４?ｍＡｌｖｇ－１；?５０后电容量均保持在大约６１％０超小尺寸的纳米颗粒实现了电荷的快速转移，可导电性差的问题。如图１－４所示，垂直排列的硫－石墨烯（Ｓ－Ｇ）纳米墙中，硫都均匀地镶嵌在石墨烯层间和垂直排列在基板上的有序石墨烯，可以实现锂离的快速扩散［５｜］。分层多孔结构有效限制了硫的体积变化，改善了锂硫电池的性结果表明，该电极表现出很高的循环特性和大电流特性。在０．１?Ｃ电流密度下，电容量可以达到１２６１?ｍＡｈｆ１，经１２０次循环后容量仍保持有９７％；?８?Ｃ的大下比容量依然超过４００?ｍＡｌｒｇ－１。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高能锂硫电池正极材料研究进展[J]. 林维捐,谢银斯,黄映恒,何国强. 电源技术. 2018(11)
[2]锂硫电池中碳质材料的研究进展[J]. 李高然,李洲鹏,林展. 储能科学与技术. 2016(02)
[3]Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述[J]. 刁岩,谢凯,洪晓斌,熊仕昭. 化学学报. 2013(04)
博士论文
[1]过渡金属硫化物在高容量与长寿命锂硫电池正极材料中的应用和机理研究[D]. 杨伟伟.南京大学 2017
硕士论文
[1]过渡金属氧化物和硫化物对锂—硫电池固硫和催化转化作用的研究[D]. 赵首.吉林大学 2018
本文编号：3241131
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）锂硫电池的结构示意图［１５］：?（ｂ）各种可充电电池系统的比能量对比［２２】??Ｆｉｇ．?１－１?（ａ）?ｃｅｌｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｌｉ－Ｓ?ｂａｔｔｅｒｙ［１５＾，ｂｓｐｅｃｉｆｃ?ｅｎｅｒｇｉｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ??
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．石墨烯有着优异的导电性，且易于功能化，是目前研究最为广泛的纳米二维材粒负载在二维纳米片表面，可以借助石墨烯的表面官能团和超高表面积来捕获化物［８］。最近，Ｃｈｅｎ课题组％］通过合成还原氧化石墨烯（ｒＧＯ）负载超小型硫，当硫纳米颗粒尺寸为５ｎｍ，可以实现Ｓ的理论容量（ＷＴＳｍＡｌｒｇ－１）。；在０．电流密度下依然表现出很高的电容量，分别为１６６１?ｍＡｈｆ１、１５７４?ｍＡｌｖｇ－１；?５０后电容量均保持在大约６１％０超小尺寸的纳米颗粒实现了电荷的快速转移，可导电性差的问题。如图１－４所示，垂直排列的硫－石墨烯（Ｓ－Ｇ）纳米墙中，硫都均匀地镶嵌在石墨烯层间和垂直排列在基板上的有序石墨烯，可以实现锂离的快速扩散［５｜］。分层多孔结构有效限制了硫的体积变化，改善了锂硫电池的性结果表明，该电极表现出很高的循环特性和大电流特性。在０．１?Ｃ电流密度下，电容量可以达到１２６１?ｍＡｈｆ１，经１２０次循环后容量仍保持有９７％；?８?Ｃ的大下比容量依然超过４００?ｍＡｌｒｇ－１。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高能锂硫电池正极材料研究进展[J]. 林维捐,谢银斯,黄映恒,何国强. 电源技术. 2018(11)
[2]锂硫电池中碳质材料的研究进展[J]. 李高然,李洲鹏,林展. 储能科学与技术. 2016(02)
[3]Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述[J]. 刁岩,谢凯,洪晓斌,熊仕昭. 化学学报. 2013(04)
博士论文
[1]过渡金属硫化物在高容量与长寿命锂硫电池正极材料中的应用和机理研究[D]. 杨伟伟.南京大学 2017
硕士论文
[1]过渡金属氧化物和硫化物对锂—硫电池固硫和催化转化作用的研究[D]. 赵首.吉林大学 2018
本文编号：3241131
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