本文主要研究内容
作者钟宇（2019）在《锂硫电池多维度碳基复合正极材料的构建及电化学性能研究》一文中研究指出：锂硫电池是新一代最具应用前景的绿色高能二次电池之一,实际能量密度可达400 Wh kg-1以上,在现代交通运输、电子信息、国防军事等领域都具有良好的应用前景。但锂硫电池的硫正极存在容量衰减快、库伦效率低等问题,严重阻碍了其商业化进程。主要原因为:(1)单质硫及放电产物Li2S的电子/离子电导性较差,导致活性物质利用率低和高倍率性能不理想;(2)充放电过程中硫正极产生约为80%的体积膨胀率,产生的内应力易造成电极材料粉化脱落和寿命降低;(3)硫正极充放电过程中产生的中间产物多硫化锂可溶于电解液,其在正负极之间的“穿梭效应”导致活性物质流失,且穿梭后中间产物易与负极锂片生成不溶的绝缘性沉淀Li2S,导致电池性能快速衰退。因此,研制新型高性能的硫正极材料对锂硫电池的应用发展具有重要意义。为了克服上述问题,硫必须与高导电的轻质宿主载体进行定向复合来构建高性能的锂硫电池正极材料。碳基材料因其具有良好的化学稳定性、轻质、高导电性、比表面积大、孔态可调、高性价比等优点成为活性物质硫最理想的宿主载体。本文以纳米多孔化和掺杂复合改性两个方面来对不同维度碳基储硫材料进行改性,并设计制备新型的碳硫复合正极。主要研究内容和结果如下:(1)利用大米为前驱体,发展了快速高效的瞬时膨化法制备了具有蜂窝状多孔结构的新型膨化大米碳材料(PRC)。结合金属造孔技术,我们进一步在其表面和内部植入纳米金属镍获得了具有大孔/介孔多层级孔道结构的蜂窝状碳/镍复合材料,并将其应用于储硫宿主载体。蜂窝状多孔碳/镍复合体具有高比表面积,可达1492.2 m2 g-1,相比普通碳材料具有更大的载硫空间,也有利于缓解锂硫电池循环过程中活性物质的体积膨胀效应。同时,交联的孔道结构能加速反应物质和离子在电解液中的输运速度,加快反应动力学。通过定向渗硫技术,我们设计的PRC/Ni/S电极具有大幅度提升的电化学性能。在0.1 C的电流密度下,其首次放电容量为1361.8 mAh g-1。在长循环测试中,PRC/Ni/S电极在500次循环后容量维持813.1 mAh g-1,其容量保持率为64.7%,电极的整体库伦效率能保持在98%以上,表明经过改性后的蜂窝状多孔碳/Ni复合宿主能有效提升硫正极的倍率性能和放电容量。(2)以废弃大米为原料,采用生物发酵法结合退火工艺,设计构建了具有氮、磷元素原位掺杂的新型多孔米曲霉菌孢子碳材料(SC)。为了进一步优化电极材料,我们将霉菌碳与Ni2P定向复合,并通过二氧化碳超临界流体渗硫技术,得到Ni2P/SC/S复合电极材料。电化学测试表明,Ni2P/SC/S电极具有优异的物化性质和电化学储能性能。在0.1 C的电流密度下初始放电容量为1347.5 mAhg-1,且经过500次循环后,容量保持率为73.5%。得益于表面电子结构的改变,氮磷掺杂进一步提升了碳骨架的本征导电性,从而获得了强化的电极倍率性能。此外,植入的Ni2P颗粒由于其Ni,P原子与多硫化物之间强烈的化学吸附作用而对其有良好的吸附锚固作用,在化学层面上协同减弱了多硫化物中间体的穿梭效应。(3)发展了碳纤维的电沉积辅助金属镍造孔活化技术,并结合溶剂热法和高温氨气处理法,设计并制备了具有多孔结构的高孔隙率碳纤维/氮化钒一体化阵列载硫电极(PCF/VN)。利用二氧化碳超临界渗硫法形成PCF/VN/S一体化电极。相比于未改性的碳纤维,经过活化造孔的碳纤维表面变得极其粗糙和多孔化,其结构由相互交联的多层级孔道组成,孔径尺寸约为50-200 nm。电化学性能测试表明,PCF/VN/S电极表现出明显强化的能量密度和倍率性能。PCF/VN/S一体化电极在0.1 C、2 C和5 C的电流密度下的可逆容量能达到1310.8,724.1和591.6 mAh g-1,明显高于其它对比电极(PCF/S)。在0.1C的电流密度下,PCF/VN/S电极的初始可逆容量达到1310.8 mAh g-1,并且在经过250次循环后,仍可保持1052.5 mAh g-1的容量,容量保持率为80.3%,并且整体库伦效率能保持在99%左右。
Abstract
li liu dian chi shi xin yi dai zui ju ying yong qian jing de lu se gao neng er ci dian chi zhi yi ,shi ji neng liang mi du ke da 400 Wh kg-1yi shang ,zai xian dai jiao tong yun shu 、dian zi xin xi 、guo fang jun shi deng ling yu dou ju you liang hao de ying yong qian jing 。dan li liu dian chi de liu zheng ji cun zai rong liang cui jian kuai 、ku lun xiao lv di deng wen ti ,yan chong zu ai le ji shang ye hua jin cheng 。zhu yao yuan yin wei :(1)chan zhi liu ji fang dian chan wu Li2Sde dian zi /li zi dian dao xing jiao cha ,dao zhi huo xing wu zhi li yong lv di he gao bei lv xing neng bu li xiang ;(2)chong fang dian guo cheng zhong liu zheng ji chan sheng yao wei 80%de ti ji peng zhang lv ,chan sheng de nei ying li yi zao cheng dian ji cai liao fen hua tuo la he shou ming jiang di ;(3)liu zheng ji chong fang dian guo cheng zhong chan sheng de zhong jian chan wu duo liu hua li ke rong yu dian jie ye ,ji zai zheng fu ji zhi jian de “chuan suo xiao ying ”dao zhi huo xing wu zhi liu shi ,ju chuan suo hou zhong jian chan wu yi yu fu ji li pian sheng cheng bu rong de jue yuan xing chen dian Li2S,dao zhi dian chi xing neng kuai su cui tui 。yin ci ,yan zhi xin xing gao xing neng de liu zheng ji cai liao dui li liu dian chi de ying yong fa zhan ju you chong yao yi yi 。wei le ke fu shang shu wen ti ,liu bi xu yu gao dao dian de qing zhi su zhu zai ti jin hang ding xiang fu ge lai gou jian gao xing neng de li liu dian chi zheng ji cai liao 。tan ji cai liao yin ji ju you liang hao de hua xue wen ding xing 、qing zhi 、gao dao dian xing 、bi biao mian ji da 、kong tai ke diao 、gao xing jia bi deng you dian cheng wei huo xing wu zhi liu zui li xiang de su zhu zai ti 。ben wen yi na mi duo kong hua he can za fu ge gai xing liang ge fang mian lai dui bu tong wei du tan ji chu liu cai liao jin hang gai xing ,bing she ji zhi bei xin xing de tan liu fu ge zheng ji 。zhu yao yan jiu nei rong he jie guo ru xia :(1)li yong da mi wei qian qu ti ,fa zhan le kuai su gao xiao de shun shi peng hua fa zhi bei le ju you feng wo zhuang duo kong jie gou de xin xing peng hua da mi tan cai liao (PRC)。jie ge jin shu zao kong ji shu ,wo men jin yi bu zai ji biao mian he nei bu zhi ru na mi jin shu nie huo de le ju you da kong /jie kong duo ceng ji kong dao jie gou de feng wo zhuang tan /nie fu ge cai liao ,bing jiang ji ying yong yu chu liu su zhu zai ti 。feng wo zhuang duo kong tan /nie fu ge ti ju you gao bi biao mian ji ,ke da 1492.2 m2 g-1,xiang bi pu tong tan cai liao ju you geng da de zai liu kong jian ,ye you li yu huan jie li liu dian chi xun huan guo cheng zhong huo xing wu zhi de ti ji peng zhang xiao ying 。tong shi ,jiao lian de kong dao jie gou neng jia su fan ying wu zhi he li zi zai dian jie ye zhong de shu yun su du ,jia kuai fan ying dong li xue 。tong guo ding xiang shen liu ji shu ,wo men she ji de PRC/Ni/Sdian ji ju you da fu du di sheng de dian hua xue xing neng 。zai 0.1 Cde dian liu mi du xia ,ji shou ci fang dian rong liang wei 1361.8 mAh g-1。zai chang xun huan ce shi zhong ,PRC/Ni/Sdian ji zai 500ci xun huan hou rong liang wei chi 813.1 mAh g-1,ji rong liang bao chi lv wei 64.7%,dian ji de zheng ti ku lun xiao lv neng bao chi zai 98%yi shang ,biao ming jing guo gai xing hou de feng wo zhuang duo kong tan /Nifu ge su zhu neng you xiao di sheng liu zheng ji de bei lv xing neng he fang dian rong liang 。(2)yi fei qi da mi wei yuan liao ,cai yong sheng wu fa jiao fa jie ge tui huo gong yi ,she ji gou jian le ju you dan 、lin yuan su yuan wei can za de xin xing duo kong mi qu mei jun bao zi tan cai liao (SC)。wei le jin yi bu you hua dian ji cai liao ,wo men jiang mei jun tan yu Ni2Pding xiang fu ge ,bing tong guo er yang hua tan chao lin jie liu ti shen liu ji shu ,de dao Ni2P/SC/Sfu ge dian ji cai liao 。dian hua xue ce shi biao ming ,Ni2P/SC/Sdian ji ju you you yi de wu hua xing zhi he dian hua xue chu neng xing neng 。zai 0.1 Cde dian liu mi du xia chu shi fang dian rong liang wei 1347.5 mAhg-1,ju jing guo 500ci xun huan hou ,rong liang bao chi lv wei 73.5%。de yi yu biao mian dian zi jie gou de gai bian ,dan lin can za jin yi bu di sheng le tan gu jia de ben zheng dao dian xing ,cong er huo de le jiang hua de dian ji bei lv xing neng 。ci wai ,zhi ru de Ni2Pke li you yu ji Ni,Pyuan zi yu duo liu hua wu zhi jian jiang lie de hua xue xi fu zuo yong er dui ji you liang hao de xi fu mao gu zuo yong ,zai hua xue ceng mian shang xie tong jian ruo le duo liu hua wu zhong jian ti de chuan suo xiao ying 。(3)fa zhan le tan qian wei de dian chen ji fu zhu jin shu nie zao kong huo hua ji shu ,bing jie ge rong ji re fa he gao wen an qi chu li fa ,she ji bing zhi bei le ju you duo kong jie gou de gao kong xi lv tan qian wei /dan hua fan yi ti hua zhen lie zai liu dian ji (PCF/VN)。li yong er yang hua tan chao lin jie shen liu fa xing cheng PCF/VN/Syi ti hua dian ji 。xiang bi yu wei gai xing de tan qian wei ,jing guo huo hua zao kong de tan qian wei biao mian bian de ji ji cu cao he duo kong hua ,ji jie gou you xiang hu jiao lian de duo ceng ji kong dao zu cheng ,kong jing che cun yao wei 50-200 nm。dian hua xue xing neng ce shi biao ming ,PCF/VN/Sdian ji biao xian chu ming xian jiang hua de neng liang mi du he bei lv xing neng 。PCF/VN/Syi ti hua dian ji zai 0.1 C、2 Che 5 Cde dian liu mi du xia de ke ni rong liang neng da dao 1310.8,724.1he 591.6 mAh g-1,ming xian gao yu ji ta dui bi dian ji (PCF/S)。zai 0.1Cde dian liu mi du xia ,PCF/VN/Sdian ji de chu shi ke ni rong liang da dao 1310.8 mAh g-1,bing ju zai jing guo 250ci xun huan hou ,reng ke bao chi 1052.5 mAh g-1de rong liang ,rong liang bao chi lv wei 80.3%,bing ju zheng ti ku lun xiao lv neng bao chi zai 99%zuo you 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自浙江大学的钟宇，发表于刊物浙江大学2019-07-04论文，是一篇关于锂硫电池论文,硫正极论文,多维度多孔碳论文,生物质衍生碳论文,掺杂改性论文,复合材料论文,浙江大学2019-07-04论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自浙江大学2019-07-04论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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