氮掺杂活性碳材料的制备及其在锂硫电池正极中的应用

发布时间：2021-10-22 18:21

　　随着传统化石燃料的使用所带来的环境与气候问题越来越严重,发展风能、太阳能等新一代可再生清洁能源的重要性日益凸显。传统的锂离子电池虽然在便携式设备中占据了重要作用,但无法满足新一代储能系统所需的高能量密度等要求。以硫为活性材料,金属锂为负极的锂硫电池,因具有超高的理论比容量(1675 mAh g^-1)与能量密度(2600 Wh kg^-1),被视为最具有潜力的新一代储能系统之一。此外硫还具有来源丰富,价格低廉和对环境无毒等特点。虽然锂硫电池具有很大的优势,但仍然有很多问题阻碍着锂硫电池的进一步发展,如硫和Li₂S本身固有的绝缘性质导致化学反应过程缓慢,充放电产物多硫化物的溶解性导致的“穿梭效应”,以及金属锂负极的使用带来的安全性问题等,其中,导致电池性能不好的原因主要是多硫化物的溶解。为了克服上述问题,人们设计了很多不同种类的材料来作为硫的载体,如碳材料、导电聚合物、金属氧化物/硫化物、金属有机框架等。这些载体材料不仅能够提供很多的离子/电子传输通道,增强电极的导电性,提升硫的利用率,还可以对多硫化物进行物理/化学吸附,有效... 

【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）常见的一些电池实际比能量，预计行驶距离和造价示意图

图 1.3 锂离子电池以及锂硫电池的结构和工作原理对比图[3]。电过程中正负极上发生的电化学反应过程大致可以用以下方程式表示：负极 16Li → 16Li++ 16e-；正极 S8+ 16Li++ 16e-→ Li2S；Ⅰ S8+ 2e-→ S82-3S82-+ 2e-→ 4S62-Ⅱ 2S62-+ 2e-→ 3S42-Ⅲ S42-+ 2e-+ 4Li+→ Li2S2Li2S2+ 2e-+ 2Li+→ Li2S：阳极 16Li++ 16e-→ 16Li；阴极 8Li2S → S8+ 16Li++ 16e-；应式为 S + 2Li → Li2S。

图 1.4 典型的锂硫电池充放电曲线[14]。示了基于醚类电解液的锂硫电池的典型充放电曲线。曲平台，分别位于 2.1 V 和 2.4 V 处：放电的第一阶段为8被还原为长链多硫化物的过程（S8→ Li2S8→ Li2S先 S8得到电子被还原成 Li2S6，曲线在 2.4 V 处出现第步还原为 Li2S4，这一阶段的容量贡献约为 418 mAh区域，随着放电过程的进行，大约在2.1V处会出现第二 Li2S4进一步被还原为 Li2S 的过程（Li2S4→ Li2S），整体的理论容量贡献高达 1255mAhg-1。需要特别提出存在形式其实不止本节中提到的几种，反应的过程中还等，但由于对多硫化物的捕捉和表针比较困难，所以目并不完善，上述介绍的只是目前普遍为人们所接受的存在的挑战众多的优势有望代替传统二次电池作为未来新能源系


本文编号：3451629