以蛋白石頁巖為載硫體,通過化學(xué)沉積法制備蛋白石頁巖/硫復(fù)合材料,再利用化學(xué)氧化聚合法在其表面包覆一層聚苯胺,制備出一種新型的蛋白石頁巖/硫–聚苯胺復(fù)合材料,作為鋰硫電池的正極材料。SEM、TEM和BET等測試結(jié)果表明蛋白石頁巖呈層狀多孔結(jié)構(gòu),小尺寸硫在材料內(nèi)分布均勻,聚苯胺包覆的厚度約為400 nm。電化學(xué)性能測試表明,蛋白石頁巖/硫–聚苯胺正極活化后放電比容量最高達(dá)到1164.93 m Ah/g,在0.5C（1.0C=1675 m A/g）倍率下,循環(huán)300次后放電比容量為539.30 m Ah/g,庫倫效率始終保持在95%以上,說明蛋白石頁巖具有良好的吸附性,同時(shí)導(dǎo)電聚苯胺包覆層具有雙效固硫的作用,有利于吸附多硫化物和抑制穿梭效應(yīng)。 

【文章來源】：無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2017,32(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

硫(a)、蛋白石頁巖(b)、蛋白石頁巖/硫(c)和蛋白石頁巖/硫-聚苯胺(d)的XRD圖譜

1168無機(jī)材料學(xué)報(bào)第32卷圖3蛋白石頁巖、蛋白石頁巖/硫和蛋白石頁巖/硫-聚苯胺的氮?dú)獾葴匚摳綀D(a)和孔徑分布圖(b)Fig.3Nitrogenadsorption-desorptionisotherms(a)andBJHporesizedistribution(b)ofopalshale,opalshale/Sandopalshale/S-PANI為材料中存在大量的介孔,在高壓區(qū)發(fā)生毛細(xì)凝聚使得氮?dú)馕搅吭黾覽20]。蛋白石頁巖的比表面積和孔容分別為90.78m2/g和0.20cm3/g,蛋白石頁巖/硫的比表面積和孔容分別減小為33.93m2/g和0.11cm3/g,表明部分硫進(jìn)入蛋白石頁巖的孔隙中,使得蛋白石頁巖的孔隙率減校蛋白石頁巖/硫-聚苯胺的比表面積和孔容分別為44.02m2/g和0.12cm3/g,相比于包覆前略有增大,這是因?yàn)榛瘜W(xué)氧化法制得的聚苯胺結(jié)構(gòu)具有多孔性,且比表面積較大,可適當(dāng)增大材料孔隙率。圖3(b)為樣品對應(yīng)的孔徑分布圖,可以看出蛋白石頁巖的孔徑主要為2~5nm的介孔,注硫后平均孔徑減小,聚苯胺包覆后平均孔徑略有增大。2.3蛋白石頁巖/硫–聚苯胺的熱重分析圖4為蛋白石頁巖/硫-聚苯胺在氮?dú)鈿夥罩械臒嶂胤治銮�,溫度測試范圍為50~700℃,升溫速率為10℃/min。由圖4可知,蛋白石頁巖/硫–聚苯胺的質(zhì)量損失主要分為兩個(gè)階段,當(dāng)溫度在150~280℃范圍時(shí),由于硫的蒸發(fā)引起失重,對應(yīng)硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.6%;當(dāng)溫度在280~600℃范圍時(shí),由于聚苯胺的分解引起失重,對應(yīng)聚苯胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.7%。圖4蛋白石頁巖/硫-聚苯胺的熱重分析曲線Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curveofopalshale/S-PANI2.4充放電性能測試圖5(a)為0.5C倍率下蛋白石頁巖/硫和蛋白石頁巖/硫-聚苯胺循環(huán)性能圖,由圖可知,蛋白石頁巖/硫的首次放電比容量為832.39mAh/g,循環(huán)300次后衰減為373.48mAh/g,容量保持率為44.87%,庫倫效率保持在95%左右,?

2/g和0.20cm3/g,蛋白石頁巖/硫的比表面積和孔容分別減小為33.93m2/g和0.11cm3/g,表明部分硫進(jìn)入蛋白石頁巖的孔隙中,使得蛋白石頁巖的孔隙率減校蛋白石頁巖/硫-聚苯胺的比表面積和孔容分別為44.02m2/g和0.12cm3/g,相比于包覆前略有增大,這是因?yàn)榛瘜W(xué)氧化法制得的聚苯胺結(jié)構(gòu)具有多孔性,且比表面積較大,可適當(dāng)增大材料孔隙率。圖3(b)為樣品對應(yīng)的孔徑分布圖,可以看出蛋白石頁巖的孔徑主要為2~5nm的介孔,注硫后平均孔徑減小,聚苯胺包覆后平均孔徑略有增大。2.3蛋白石頁巖/硫–聚苯胺的熱重分析圖4為蛋白石頁巖/硫-聚苯胺在氮?dú)鈿夥罩械臒嶂胤治銮�,溫度測試范圍為50~700℃,升溫速率為10℃/min。由圖4可知,蛋白石頁巖/硫–聚苯胺的質(zhì)量損失主要分為兩個(gè)階段,當(dāng)溫度在150~280℃范圍時(shí),由于硫的蒸發(fā)引起失重,對應(yīng)硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.6%;當(dāng)溫度在280~600℃范圍時(shí),由于聚苯胺的分解引起失重,對應(yīng)聚苯胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.7%。圖4蛋白石頁巖/硫-聚苯胺的熱重分析曲線Fig.4Thermogravimetricanalysis(TGA)curveofopalshale/S-PANI2.4充放電性能測試圖5(a)為0.5C倍率下蛋白石頁巖/硫和蛋白石頁巖/硫-聚苯胺循環(huán)性能圖,由圖可知,蛋白石頁巖/硫的首次放電比容量為832.39mAh/g,循環(huán)300次后衰減為373.48mAh/g,容量保持率為44.87%,庫倫效率保持在95%左右,表明蛋白石頁巖對多硫圖5蛋白石頁巖/硫和蛋白石頁巖/硫-聚苯胺在0.5C倍率下的循環(huán)性能圖(a)和倍率性能圖(b)Fig.5(a)Cyclingperformanceandthecorrespondingcou-lombicefficiencyat0.5Crate;(b)ratecapabilityunderdiffer-entdischargerateoftheopalshale/Sandopalshale/S-PANI

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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