基于笼状杯芳烃修饰炭气凝胶硫电极的制备及锂硫电池性能研究

发布时间：2022-01-15 22:49

　　由于硫正极的理论比容量高达1675 m Ahg^-1,因此锂硫（Li-S）电池被认为是下一代储能设备的候选者之一。此外,元素硫具有天然无毒、储量丰富、价格低和环境友好等显著优点,使其在未来的商业应用中竞争力。然而,Li-S电池的进一步探索受到了一些问题的阻碍,比如硫的低电导率和反应过程中的体积膨胀导致正极材料结构损坏,多硫化物（Li₂S_n,n=4,6,8）在有机电解质中溶解并产生穿梭效应从而导致自放电现象等。这些问题都严重地限制了Li-S电池的应用。本文采用笼状结构的杯芳烃来修饰炭气凝胶,最终选择直径约7nm的能充分容纳多硫化物的磺化杯[4]芳烃（SC4A）来对碳支撑材料进行改性,通过其对可溶性多硫化物的选择性捕获能力来抑制多硫化物的迁移。此外,将炭气凝胶进行活化后产生具有较高的比表面积和丰富的互连介孔通道的活化炭气凝胶（ACA）比一般的炭气凝胶,更适合作为Li-S电池的正极材料。本文采用在ACA中植入笼型的SC4A,从而制备出具有笼型结构的复合材料（SACA）,以此作为正极支撑材料,用以捕获多硫化物并提升电池的电化学性能... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

制备SACA/S复合材料的示意图

合肥工业大学硕士学位论文223.3结果与分析3.3.1XRD分析图3.2CA,SACA和SACA/S复合材料的XRD谱图Fig3.2XRDpatternsofCA,SACAandSACA/Scomposites.图3.2展示了CA、ACA、SACA和SACA/S复合材料的XRD谱图。在CA、ACA、SACA样品的2θ=25°和44°的附近都发现了发现明显宽峰，这两个峰主要对应着石墨化炭的（002）和（101）晶面。SACA样品在2θ=25.2°处的第峰位置与CA和ACA的相比，产生了明显的右移，更加的接近石墨化碳的（002）晶面，表明其石墨化程度更高。由2dsinθ=nλ推断SACA的平均晶格间距时增加了的，这主要是应为CA在活化和氧化过程中失去了部分无定形碳原子，使SACA具有更高比表面积和丰富的交联介孔结构。在SACA/S样品的XRD谱图显示了一系列正交硫的衍射峰，其中2θ=23.1°、25.8°和27.8°处的衍射峰与S8相对应对应（JCPDS#08-0247），并且硫的弱峰的消失表明了S8硫均匀地分散在SACA的内部。3.3.2热重分析

?私锥蔚牧虻闹柿克鹗?俾式细摺５谝徊椒⑸??50℃至500℃的范围内，此部分的硫主要储存在碳材料的内部介孔中，因此难以被蒸发出，所以这部分的硫的质量损失速率较低。显然，ACA/S和SACA/S复合材料的硫损失温度高于CA/S复合材料，这表明CA/S的热稳定性要弱于ACA/S和SACA/S复合材料。ACA/S和SACA/S样品曲线的两个缓坡较高，表明硫主要负载在碳材料丰富的内部介孔中，而不是负载在材料的外表面。由测试结果计算出CA/S，ACA/S和SACA/S的硫的质量准确值分别为74.9wt％，74.8wt％和75.1wt％。3.3.3比表面积和孔径分布分析图3.4CA/S，ACA/S和SACA/S复合材料的（a）N2吸脱附等温曲线图（b）孔径分布图Fig3.4(a)N2adsorption/desorptionisothermsand(b)poresizedistributionsofCA,ACAandSACAcomposites.N2吸附脱附测试来进一步研究与分析样品的微观结构。图3.4a展示了CA,ACA和SACA样品的吸附脱附等温线，可明显看出CA,ACA和SACA样品的曲线都是IUPAC定义的的典型IV型等温线，这个结论进一步证明了样品中介孔结构的存在。ACA的比表面积比高达1620.7m2g-1远高于CA的647.5m2g-1，主要是因为活化后的ACA的拥有更多的交联介孔的存在，同时高比表面积的ACA样品也可为SC4A的植入提供丰富的活性位点。SACA样品的比表面积为1021.6m2g-1。这主要是由于SC4A在ACA中均匀植入的结果。图3.4b显示了用BJH模型计算的CA、ACA和SACA的孔径分布，平均孔径分别为

【参考文献】：
期刊论文
[1]锂-硫电池用高体积比容量硫/铁酸镍复合正极材料（英文）[J]. 张泽,吴迪华,周震,李国然,刘胜,高学平.  Science China Materials. 2019(01)



本文编号：3591459