中空碳微球的结构和组份设计及其电化学性能研究

发布时间：2021-11-13 20:30

　　如今,气候变化和化石燃料资源的减少对全球经济和社会的发展已经造成了很大的影响,开发可持续清洁能源以及先进的能量储存技术是人类面临的巨大挑战。因此,发展高性能的清洁能源储存装置是解决现有能源危机的本质。锂硫电池因其超高的理论比容量以及价格低廉等优势被认为是新一代有效的能源储存体系,在锂硫电池中构建碳基质包覆的金属氧化物材料,并通过他们之间协同的结构限制和化学包覆作用,对抑制多硫化物的扩散和在循环过程中保持电极结构的稳定性被证明是一种提高电化学性能的有效方法。而超级电容器因高功率密度,长循环寿命和高效的电荷传输动力其研究也备受关注。中空多孔碳材料作为一种理想的超级电容器电极材料,这归功于中空多孔碳材料具有良好的导电性,可调控的孔尺寸,大的比表面积和孔体积等优点。在这篇论文中,我们分别合成了一种新型的三明治型碳/二氧化钛/碳（C@TiO₂@C）中空微球和一种表面具有可调控大介孔尺寸（18–30 nm）的笼状氮掺杂中空多孔碳球（CN–HPCSs）。我们设计合成的二氧化钛被内外碳层包覆（C@TiO₂@C–S）的三明治型结构,被应用于锂硫电池,表现出优异... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

CMK–3/S复合材料的结构示意图及硫渗透进入介孔通道的过程

71.3 （a）中空碳球的透射电镜图；（b）中空碳球与硫复合材料的透射电镜图；（c）碳球与硫复合材料的元素能谱分析图。三维的中空碳球，其大的内部空腔有利于单质硫的储存，高的结构稳避免电极材料的破环，高导电性和对多硫化物较强的物理吸附能力，减

大的提高了活性物质的利用率，在 0.5 C 的电流密度下，初始容量达到了 1 h g-1，且经过 100 次的循环，其电容量具有 94%的保持率，保留有 974 m的比容量。在电解液中没有添加硝酸锂的情况下，其库伦效率依然大于 90明碳壳层的存在有效的阻止了多硫化物向电解液中扩散。为确保单质硫在循环过程中依然存在于中空碳球的内部空腔中，Zhou 等过设计合成双壳层的结构来多重限制多硫化物的扩散。如图 1.4 所示，他们合成单壳层的中空碳球（HCS），再通过熔融渗透的方法将单质硫封装与中腔中，形成 HCS/S 复合结构，随后再在 HCS/S 表面包覆一层厚度在 20 nm的多巴胺（PDA），形成了双壳层的核-壳结构（PDA–HCS/S），通过这样合设计，并结合扫描透射电子显微表征技术，成功的证明了单质硫渗透到了空腔的内部，且经过电化学循环之后，可发现内部空腔中依然存在单质硫明了通过多重的包覆能够有效对多硫化物的扩散起到限制作用，表现出优电化学性能，在 0.2 C 的电流密度下，经过 150 次充放电循环其容量依然有 h g-1，在较高的倍率下（0.6 C）循环 600 次，其容量也保持在 630 mAh g现出优异的倍率性能和循环稳定性能。

【参考文献】：
期刊论文
[1]锂硫电池自放电特性的研究[J]. 谭震,王崇,徐东彦,陈剑.  高校化学工程学报. 2017(04)
[2]锂硫电池中的表面修饰[J]. 温兆银,靳俊,谷穗,马国强.  硅酸盐学报. 2017(10)
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[4]EDLC电容和电极活性炭孔型及其表面积之间的关系（英文）[J]. 王立红,豊田昌宏,稲垣道夫.  新型炭材料. 2008(02)



本文编号：3493671