生物质活性炭在锂硫电池中的应用

发布时间：2017-06-19 17:03

  本文关键词：生物质活性炭在锂硫电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂硫电池由于具有超高能量密度,所以是近年来能量储存领域的研究热门。与此同时,硫成本低廉、环境友好,符合低碳经济的要求。但是硫本身不导电,使得其不能直接用作正极,必须通过与各种导电骨架材料相结合才能使用。活性炭是承载硫的导电骨架材料之一。制作活性炭的方法很多,以农作物废弃物作原料,变废为宝,使得活性炭在锂硫电池中的应用更具积极意义。来源不同的活性炭其结构千差万别,结构形状对锂硫电池性能有怎样的影响尚未得到较为系统的讨论,因此研究总结活性炭结构与电池性能之间的关系独具意义。论文以开心果壳、核桃壳和花生壳为原料,以氯化锌为活化剂在较低的活化温度下通过化学活化法制备活性炭。然后以这三种活性炭分别与硫复合,制备出硫活性炭复合材料,装配成扣式电池,并进行一系列针对活性炭、活性炭/硫复合材料的材料表征和电池的性能测试。论文主要研究成果如下:(1)化学活化法制备活性炭的工艺可以得到大幅度的精简,制备得出的三种活性炭都具有巨大的比表面积和丰富的孔隙结构,但是三种活性炭材料的微观结构形态互不相同,有以层叠结构为主的,如开心果壳活性炭,有以呈现圆形孔道结构为主的,如核桃壳活性炭,还有以扁平狭长型孔道结构为主的,如花生壳活性炭。(2)三种活性炭/硫复合材料正极在0.2 C的放电倍率下,初次放电比容量分别为:开心果壳活性炭/硫复合材料685 mAh/g、核桃壳活性炭/硫复合材料900.2mAh/g和花生壳活性炭/硫复合材料961 mAh/g。百次充放电循环后,仍然分别有:476.6 mAh/g、579.45 mAh/g和712.18 mAh/g。通过对三种活性炭的对比可知:其中花生壳活性炭/硫复合材料在锂硫电池当中表现出最佳的综合电化学性能。(3)将三种活性炭按照一定比例混合在一起做成复合活性炭,所得复合材料正极初次放电比容量为1104.7 mAh/g,百次后为742 mAh/g,五百次后还有340mAh/g。可见三种活性炭材料混合在一起时使用可以达到一定程度的结构配合效应,有利于进一步发挥锂硫电池的电化学性能。论文应用常见坚果壳为原料制备出活性炭/硫复合正极材料,该材料制备过程简单,成本很低,环境友好性高,可以在锂硫电池当中得到很好的应用。论文还对活性炭结构与锂硫电池放电性能之间的关系提出了有益的归纳,为锂硫电池的绿色商业化做了有益探索。
【关键词】：锂硫电池 生物质活性炭 坚果壳 孔结构
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;TQ424.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 锂硫电池简介10-12
• 1.2.1 锂硫电池的电化学工作原理10-11
• 1.2.2 锂硫电池存在的问题11-12
• 1.3 锂硫电池正极的研究问题12-17
• 1.3.1 正极材料的发展现状13-15
• 1.3.2 硫/碳复合正极材料的研究进展15-17
• 1.4 本文选题依据与研究内容17-20
• 1.4.1 本文选题依据17-19
• 1.4.2 本文研究内容19-20
• 第2章 开心果壳活性炭在硫/碳复合正极材料中的应用研究20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 实验原料及试剂20-21
• 2.3 活性炭及复合材料的制备21-22
• 2.3.1 开心果壳活性炭的制备21-22
• 2.3.2 硫/碳复合材料的制备22
• 2.4 材料物化性能表征22-27
• 2.4.1 扫描电镜测试22-24
• 2.4.2 比表面积及孔径测试24-25
• 2.4.3 热重分析25-26
• 2.4.4 X射线衍射分析26-27
• 2.5 电池电化学性能表征27-32
• 2.5.1 扣式电池组装27-28
• 2.5.2 循环伏安测试28-29
• 2.5.3 充放电及循环性能测试29-31
• 2.5.4 交流阻抗测试31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 核桃壳活性炭在硫/碳复合正极材料中的应用研究33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 复合材料的制备及电池组装33-34
• 3.2.1 核桃壳活性炭的制备33-34
• 3.2.2 硫/碳复合材料的制备34
• 3.2.3 正极极片的制备及电池组装34
• 3.3 材料物化性能表征34-38
• 3.3.1 扫描电镜测试34-36
• 3.3.2 比表面积及孔径测试36
• 3.3.3 热重分析36-37
• 3.3.4 X射线衍射分析37-38
• 3.4 电池电化学性能表征38-40
• 3.4.1 循环伏安测试38
• 3.4.2 充放电及循环性能测试38-40
• 3.4.3 交流阻抗测试40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 花生壳活性炭在硫/碳复合正极材料中的应用研究41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 复合材料的制备及电池组装41-42
• 4.2.1 花生壳活性炭的制备41-42
• 4.2.2 硫/碳复合材料正极极片的制备及电池组装42
• 4.3 材料物化性能表征42-45
• 4.3.1 扫描电镜测试42-43
• 4.3.2 比表面积及孔径测试43
• 4.3.3 热重分析43-44
• 4.3.4 X射线衍射分析44-45
• 4.4 电池电化学性能表征45-48
• 4.4.1 循环伏安测试45
• 4.4.2 充放电及循环性能测试45-48
• 4.4.3 交流阻抗测试48
• 4.5 本章小结48-50
• 第5章 复合活性炭在硫/碳复合正极材料中的应用研究50-54
• 5.1 引言50
• 5.2 复合材料的制备50
• 5.3 电池电化学性能表征50-53
• 5.3.1 循环伏安测试51
• 5.3.2 充放电及循环性能测试51-52
• 5.3.3 交流阻抗测试52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第6章 总结与展望54-57
• 6.1 总结54-55
• 6.2 展望55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果63

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