生物质炭的杂元素掺杂及其在电极中的应用

发布时间：2021-06-05 13:15

　　近些年,由于制备工艺的不断优化,生物质炭材料作为储能器件（锂离子电池、超级电容器、锂硫电池等）的电极材料得到了快速发展。与此同时,由于存在首次库伦效率低,不可逆容量大,电压滞后,大电流充放电能力弱等问题,大大阻碍了生物质炭材料作为电极材料的应用。而通过杂元素掺杂生物质炭（尤其是杂原子掺杂）,可以有效地提高炭材料的润湿性和电子传导性,增加炭材料的缺陷以及活性位点,使其具有优异的电化学性能。本文归纳了杂元素掺杂生物质炭的研究进展,分别对其制备方法,以及在锂离子电池、超级电容器和锂硫电池等能源领域中的应用和前景进行介绍。 

【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(07)北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

锂离子电池的充放电原理示意图

Wang等[54]以稻壳为前驱体,三苯基磷为磷源通过简单的酸处理和热处理制得磷掺杂多孔炭,与未掺杂的多孔生物质炭对比,电化学性能明显提高。这是因为磷掺入具有高比表面积的多孔炭中,使炭的表面产生强共价键,再加上三维互联多孔结构与磷的协同作用,从而使其保持良好的导电性和增强储锂的电化学活性,提高材料的电化学性能[55]。本课题组率先以剑麻为原料制备剑麻纤维炭(SFC)并应用于锂离子电池电极材料中,首次利用水热技术应用于剑麻纤维炭的改性[56-57]。研究结果表明杂元素掺杂[58-59]是提高剑麻纤维炭电化学性能的有效改性途径,深入的改性机理还需进一步研究,图3为N, S掺杂的剑麻纤维炭(N,S-SFC)的形貌变化及其循环性能曲线。

本课题组率先以剑麻为原料制备剑麻纤维炭(SFC)并应用于锂离子电池电极材料中,首次利用水热技术应用于剑麻纤维炭的改性[56-57]。研究结果表明杂元素掺杂[58-59]是提高剑麻纤维炭电化学性能的有效改性途径,深入的改性机理还需进一步研究,图3为N, S掺杂的剑麻纤维炭(N,S-SFC)的形貌变化及其循环性能曲线。表1为利用不同方法合成的一些杂元素掺杂的生物质炭,作为锂离子电池的电极材料时,掺杂后的生物质炭的电化学性能均较未掺杂的明显提升。

【参考文献】：
期刊论文
[1]在NaCl非水离子液体中制备类石墨烯状氮硫共掺杂生物质碳材料来提高锂硫电池的动力学研究（英文）[J]. 黄曼,杨靖宇,奚宝娟,弭侃,封振宇,刘静,冯金奎,钱逸泰,熊胜林.  Science China Materials. 2019(04)
[2]锂离子电池负极材料钛酸锂的研究进展[J]. 谭毅,薛冰.  无机材料学报. 2018(05)
[3]生物质炭材料的制备及电化学应用研究进展[J]. 杜锐,覃爱苗,韦春,童张法.  材料导报. 2014(05)
[4]锂离子电池炭负极材料结构及嵌锂机理研究进展[J]. 覃韬,林起浪,郑敏枝.  材料导报. 2009(05)

博士论文
[1]基于综纤维素制备炭基复合材料及其电化学性能研究[D]. 刘芳延.东北林业大学 2015



本文编号：3212238