現(xiàn)如今,人們對高能耗應用的先進儲能技術(shù)有越來越迫切的需求,像電動汽車和智能電網(wǎng)存儲系統(tǒng),已經(jīng)引起研究者們對傳統(tǒng)鋰離子化學新電池系統(tǒng)的不斷探索。因此,可充電鋰金屬電池因其在二次電池中具有極高的能量潛力而引起人們的極大興趣。具有高理論能量密度的鋰硫(Li-S)電池已經(jīng)成為鋰基電池的一個很有前途的候選產(chǎn)品。Li-S電池能量密度很高主要是由兩個因素決定的。第一,鋰金屬陽極具有最高的比容量(3860 mAh g~(-1))和最低的電勢(-3.04V相對于標準氫電極)相比較于其他固體材料;第二,電池反應過程中,活性物質(zhì)(S8)涉及多電子氧化還原反應,其理論比容量高達1675 mAhg~(-1),比目前最先進的鋰離子電池負極容量高得多。除了高能量密度外,低成本、無毒、豐富的硫磺等誘人的特性也為商業(yè)化市場帶來了額外的好處。本論文中主要從三元復合材料和多孔碳材料兩個方面對鋰硫電池展開研究。(1)高能量密度可充電鋰硫電池以其成本低、資源豐富、無污染等優(yōu)點,是一種潛在的化學儲能源。在此,我們提出了一種通過NiFe204納米晶體修飾的石墨烯納米片(NiFe2O4/graphene)上包覆元素硫的方法來制備納米片結(jié)構(gòu)的電極。每部分都承擔相應的功能,石墨烯納米片起到導電添加劑的作用,具有較大的比表面積。鑲嵌在石墨烯納米片上的NiFe204納米晶體對溶解的多硫化物具有吸附性,硫在NiFe2O4/graphene基體表面分布均勻,有利于硫與石墨烯納米片之間的電子輸運。該電極在0.2C電流密度下循環(huán)100圈后,獲得了 781 mAh g~(-1)的可逆比容量,同時具有較好的倍率性能和庫侖效率。(2)在這項工作中,我們已成功地通過簡單的炭化方法制備出氮摻雜多孔炭納米片(NPCN),使用低成本的原料(谷氨酸鈉),無需任何活化過程。獲得的NPCN-800多孔碳具有特殊的微/介孔結(jié)構(gòu),具有較高的BET比表面積和合適的氮摻雜量。通過使用制備的NPCN-800作為鋰硫電池正極材料固硫的封裝器,這種負載了 65.5%硫的碳材料在0.2C電流密度下表現(xiàn)出了 1070 mAh g~(-1)的起始放電容量,經(jīng)過150圈循環(huán)后容量還能保持在680 mAh g~(-1)。此外,在0.5C的電流密度下,當循環(huán)次數(shù)達到200多圈,容量還可以達到452 mAh g~(-1),庫倫效率為98.6%,其優(yōu)異的電化學性能歸因于層狀多孔結(jié)構(gòu)(物理吸附)和N摻雜(化學吸附)的協(xié)同效應。(3)在此,我們選取鵝毛,作為一種低成本、環(huán)保的前驅(qū)體,通過與KOH活化的方法來制備片狀原位氮摻雜多孔生物碳材料(NPC)。通過活化熱解,然后與硫按照不同質(zhì)量比進行復合,來調(diào)節(jié)NPC的形貌和微觀結(jié)構(gòu)。在850 ℃碳化條件下制備的NPC基體材料具有二維片狀多孔結(jié)構(gòu),高比表面積(3245 m2 g~(-1))和合適的孔徑尺寸和孔徑分布。將硫包覆到NPC中取決于鋰硫電池正極材料的熔融技術(shù),由于特殊的物理結(jié)構(gòu)和N的固有摻雜協(xié)同作用,提高了材料中活性硫的利用率和電子離子轉(zhuǎn)移速率,也抑制了可溶性多硫化鋰的穿梭行為。因此,NPC:S=1:2復合電極表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,在0.2C時具有較高的初始放電容量799 mAh g~(-1),250次循環(huán)后,保持665 mAh g~(-1)的容量。
【學位單位】：浙江師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM912;TB33
【部分圖文】：

池的低溫性能。??１．２．２鋰硫電池充放電原理??一個典型的鋰硫電池結(jié)構(gòu)如下圖１．１所示，其主要的組成部分同其他電池相??似，包括正極，負極和電解液。其中正極我們大多采用含硫的復合物材料，負極??采用金屬鋰片，電解液則選用含鋰鹽溶質(zhì)的有機溶液。具體的充放電過程是：負??極為鋰變?yōu)殇囯x子，正極為硫與鋰離子及電子反應生成硫化物，正極和負極的電??２??

圖１．２（Ａ）具有微孔介孔結(jié)構(gòu)的碳材料；（Ｂ）不同硫含量的Ｓ／Ｃ復合物的循環(huán)性能圖。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２（Ａ）?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｗｉｔｈ?ｂｏｔｈ?ｍｅｓｏｐｏｒｅｓ?ａｎｄ?ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ?ｆｏｒ?ｓｕｌｆｕｒ?ｈｏｓｔ（Ｂ）?Ｃｙｃｌｉｎｇ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ?ｏｆ?Ｓ／Ｃ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｕｌｆｕｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ．??８??

證明可以通過有效地固硫和提高硫／鋰的利用率來使Ｌｉ－Ｓ電池具有更好的循環(huán)穩(wěn)??定性，包括?Ｍｇ〇，ＡＩ２Ｏ３，Ｔｉ〇２，ＣｅＣｈ，ＺｎＯ，ＳｎＣｈ，Ｆｅ３〇４，Ｃ０３Ｏ４，Ｎｂ２〇５，??１＾正￡２０４等（圖１．４）。Ｔａｏ等人＿認識到平衡聚硫化物的擴散和表面吸附作用能??夠獲得更好的電化學性能，于是他們研宄了不同非導電金屬氧化物納米粒子修飾??碳中電化學性能與吸附和擴散的相關(guān)性，并針對多硫化物的強相互作用、高比表??面積和良好的表面擴散性能，提出了綜合的氧化物選擇準則。??１１??
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本文編號：2837006