基于多羟基环状物修饰炭气凝胶的硫电极的制备及其性能研究
发布时间：2020-07-25 17:37
【摘要】：锂硫电池由于其具有非常高的理论容量和能量密度而引起了极大的关注,被广泛认为是富有潜力的下一代储能器件。但在其应用中还有一些障碍需要克服。当前已经有不少工作关注于如何改善其氧化还原可逆性并抑制硫的损失维持其容量。本文开拓一种新策略,基于智能电场响应构建表面结构并设计具有季铵基团的特殊分子膜,键合在炭气凝胶上的响应膜用作控制多硫化物通道的开关。同时,制备的炭气凝胶(CA)呈现高度交联的3D骨架,丰富的分级孔道和高比表面积。表面膜键合在具有1585 m~2 g~(-1)比表面积的KOH活化的CA上,制得季铵基团修饰炭气凝胶.本文进一步采用包括BET等在内的多种手段对材料进行表征。结果表明,具有选择性薄膜的复合硫阴极具有突出的高放电容量和长期循环稳定性。载硫61.6 wt%的硫阴极在0.2 C下显示出1307 mAh g~(-1)的初始比容量,并且在100次循环后保持84.0%的容量。改进的电化学性能主要受益于自响应膜的开关作用及选择性控制,有效地防止多硫化物从阴极逸出,抑制穿梭效应和提高硫的利用率。此外,密度泛函理论(DFT)的吸附计算表明了β-环糊精季铵基团对多硫化物的捕获作用。DFT仿真进一步支持表面膜限制和自响应机制。本文开展了一种表面膜的新策略,同时,本文关注炭气凝胶内部结构的调控,进一步用基于模板法调控碳基体的多孔结构。用β-环糊精包覆聚乙二醇合成了准聚轮烷PPR,并以此为模板采用溶胶凝胶法制备了PPR-CA。PPR有效地调控并形成多孔结构。多孔的碳基体将会为高载硫量提供了结构基础,有利于硫活性材料的充分利用。PPRx-CA/S电极呈现出优良的电化学性能。特别地,PPR2-CA/S呈现出颗粒均一的结构,载硫75.02 wt%的PPR2-CA/S在0.2 C倍率下首次充放电容量达到1158 mAh g~(-1)。该复合材料在0.5 C倍率下获得1049 mAh g~(-1)的首次容量,完成300次循环后,依然具有达76%的容量保持率。PPRx-CA的多孔结构可以有效地储存高含量的活性硫源,防止硫的团聚并吸附多硫化物,增强复合材料导电性,抑制电池充放电过程的“穿梭效应”。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ427.26;TM912
【图文】：
图 1.1 锂硫电池的工作示意图Fig 1.1 The working illustration of lithium sulfur battery是上述反应只是实际过程中的主要反应，真实过相态变化，完善的反应机理更加繁复，会涉及到
图 3.1 制备 CAQA/S 的示意图Fig 3.1 Schematic illustration of the preparation of CAQA/S3.2 实验部分3.2.1 活化炭气凝胶的制备本章采用溶胶凝胶法制备炭气凝胶。首先，将 8.80g 间苯二酚，38.0 mg 丙二酸和 20.0 mg CTAB 溶解在 60 ml 去离子水中。将溶液在 85 ℃下搅拌 30 min 后，加入 16 ml 甲醛（37 wt%）溶液，并继续搅拌 60 min。然后，恒温 85℃待混合物自动聚合 12 h，逐渐在玻璃烧瓶中形成溶胶凝胶。将水凝胶在 105 ℃下干燥，逐渐变为红棕色粉末。然后在氮气保护的管式炉内 800 ℃碳化 2h，即可得到炭气凝胶。此外，将通过以下处理活化上述炭气凝胶：通过 KOH 处理 CA 以形成活化炭气凝胶（activated carbon aerogel,ACA）。通常，将 10 g 碳化气凝胶，45 g KOH 和5 ml 去离子水混合均匀并调制成浆糊状，在 800 ℃下活化处理 3 h，取出后用 6
近似（GGA）被用来近似电子之间的交换相关电位。所有电子均P）基组的方式来扩展单体波函数，并采用 Grimme 策略进行算该计算系统中的色散相互作用。自洽场计算以 10-6a.u 的精度能量和离子力的计算，设置 5.1 的值作为真实空间全球轨道性多硫化物（Li2Sn，4 ≤ n ≤ 8）对于 CAQA 的吸附能通过下式 = 2 ( 2 CDQA) 2 ， 2 和 分别是整个吸附系统，单个 Li2Sn（个 CDQA 分子的总 DFT 能量。不同的电场研究了电场响应 CDQA 的构象，分析了开/关作用的环上的碳原子被固定不动，以 0.003 至 0.005 a.u.的电场作用在何形状。同时，计算每种构象的总能量。讨论 分析
本文编号：2770147
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ427.26;TM912
【图文】：
图 1.1 锂硫电池的工作示意图Fig 1.1 The working illustration of lithium sulfur battery是上述反应只是实际过程中的主要反应，真实过相态变化，完善的反应机理更加繁复，会涉及到
图 3.1 制备 CAQA/S 的示意图Fig 3.1 Schematic illustration of the preparation of CAQA/S3.2 实验部分3.2.1 活化炭气凝胶的制备本章采用溶胶凝胶法制备炭气凝胶。首先，将 8.80g 间苯二酚，38.0 mg 丙二酸和 20.0 mg CTAB 溶解在 60 ml 去离子水中。将溶液在 85 ℃下搅拌 30 min 后，加入 16 ml 甲醛（37 wt%）溶液，并继续搅拌 60 min。然后，恒温 85℃待混合物自动聚合 12 h，逐渐在玻璃烧瓶中形成溶胶凝胶。将水凝胶在 105 ℃下干燥，逐渐变为红棕色粉末。然后在氮气保护的管式炉内 800 ℃碳化 2h，即可得到炭气凝胶。此外，将通过以下处理活化上述炭气凝胶：通过 KOH 处理 CA 以形成活化炭气凝胶（activated carbon aerogel,ACA）。通常，将 10 g 碳化气凝胶，45 g KOH 和5 ml 去离子水混合均匀并调制成浆糊状，在 800 ℃下活化处理 3 h，取出后用 6
近似（GGA）被用来近似电子之间的交换相关电位。所有电子均P）基组的方式来扩展单体波函数，并采用 Grimme 策略进行算该计算系统中的色散相互作用。自洽场计算以 10-6a.u 的精度能量和离子力的计算，设置 5.1 的值作为真实空间全球轨道性多硫化物（Li2Sn，4 ≤ n ≤ 8）对于 CAQA 的吸附能通过下式 = 2 ( 2 CDQA) 2 ， 2 和 分别是整个吸附系统，单个 Li2Sn（个 CDQA 分子的总 DFT 能量。不同的电场研究了电场响应 CDQA 的构象，分析了开/关作用的环上的碳原子被固定不动，以 0.003 至 0.005 a.u.的电场作用在何形状。同时，计算每种构象的总能量。讨论 分析
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 杨蓉;邓坤发;刘晓艳;曲冶;雷京;任冰;;锂硫电池正极复合材料研究现状[J];化工进展;2015年05期
本文编号：2770147
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2770147.html
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