三维多孔碳纳米片PC/CNT夹层高性能锂硫电池

发布时间：2024-06-02 18:20

　　为了抑制多硫化物的溶解与扩散,改善锂硫电池的电化学性能,利用多孔碳纳米片(PC)与多壁碳纳米管(MWCNTs)复合形成新型三维多孔碳纳米片(PC/CNT)夹层来捕获可溶性多硫化物。其中,MWCNTs提供高效的导电通道并维持电极结构完整性;一维碳纳米管和二维多孔碳纳米片形成三维互联结构,有利于电/离子快速传输。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,PC/CNT夹层高性能锂硫电池在0.05C倍率下首次放电比容量达到1 311 m Ah/g,活性物质的利用率高达78.8%。在2C倍率下循环5次后,放电比容量仍然达到941 m Ah/g,是首次比容量的71.8%,且库伦效率仍然保持在96%,显示出良好的倍率和循环性能。

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【部分图文】：

图1锂硫电池的结构

本工作利用三维多孔碳纳米片(PC/CNT)夹层来抑制锂硫电池穿梭效应。将多孔碳纳米片(PC)和多壁碳纳米管(MWCNTs)制成PC/CNT夹层并加入硫正极与隔膜之间，不但可以吸附多硫化物，还可以提高锂硫电池的电化学性能(图1)。其中，PC可以利用自身的特殊结构加强物理限制吸附多硫....

图6锂硫电池充放电前后的交流阻抗对比

图6为两种锂硫电池的充放电循环交流阻抗图。由交流阻抗测试原理分析可知，阻抗曲线与实轴相交的部分为欧姆电阻Rs,Rs的大小受锂硫电池内部反应产物电导率的影响。在中高频区部分的半圆直径为电荷转移电阻Rct，而低频区呈45°直线的部分为受扩散控制而出现的一段Warburg阻抗。对比图6....

图7PC/CNT夹层锂硫电池的循环性能

图6锂硫电池充放电前后的交流阻抗对比为了评估夹层的效率，对PC/CNT夹层锂硫电池进行了长循环性能测试。从图7可以看出，PC/CNT夹层锂硫电池在1C倍率下的首次充放电比容量为961mAh/g，库伦效率为99%。当该电池充放电循环200次后，放电比容量仅降至845mAh....

图2MWCNTs的(a)SEM和(b)TEM图;(c)PC/CNT的SEM图;(d)正极极片的SEM图;(e)MWCNTs与CB的SEM图;(f)PC/CNT与CB的SEM图;(g)PC/CNT夹层循环前的SEM图;(h)PC/CNT夹层循环后的SEM图

图2a是MWCNTs的SEM图，可见其具有优良的笔直管状外貌且不交结缠绕，容易分离分散，说明具有良好的物理化学性能与力学性能。图2b是MWCNTs的TEM图，可以看出MWCNTs碳原子分布整齐有序，笔直且呈空腔的管壁内有着清晰的层状结构。经过酸化处理后PC基质通常表现出由许多凹陷....

本文编号：3987618