鋰-多硫化鋰電池是一種由鋰硫電池演變產(chǎn)生的電池類型,因其高活性物質(zhì)利用率和良好的反應(yīng)動(dòng)力學(xué),被認(rèn)為是具有優(yōu)異發(fā)展前景的新一代儲(chǔ)能裝置。然而,由于常用的碳基電極與可溶性的多硫化鋰之間相互作用較弱,不能限制多硫化鋰的穿梭效應(yīng),從而導(dǎo)致循環(huán)壽命低,衰減嚴(yán)重的問題。在這里,我們創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種非對(duì)稱自支撐的復(fù)合海綿材料電極,該電極以碳納米管海綿（CSP）為主體,一面為裸露的碳納米管可作為自支撐集流體,其余表面均被厚度約為0.5μm高氟化程度的氟化碳納米管（F-CNTs,氟碳比為0.88）包裹。CSP可提供充足的空間進(jìn)行高載量的硫負(fù)載,三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能使離子快速移動(dòng),并且高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能為電子快速轉(zhuǎn)移提供通道。根據(jù)第一性原理理論計(jì)算,證明F-CNTs層顯示了對(duì)可溶的多硫化鋰強(qiáng)大的吸附作用,從而限制了多硫化鋰從CSP向負(fù)極的擴(kuò)散,顯著抑制了穿梭效應(yīng)。由此,該電極展現(xiàn)了良好的電化學(xué)性能,在硫載量為2.55 mg cm^-2時(shí),0.2 C下放電達(dá)到1344 mAh g^-1的高比容量,在2 C高倍率下仍有780.9 mAh g^-1的放電容量... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰硫電池和鋰離子電池（三元正極和石墨烯負(fù)極）的能量密度對(duì)比圖

這也使得鋰硫電池具有 2500 W h kg-1或 2800 W h L-1的高理論能量密度（圖1-1）[8,9]。此外，地殼中含有大量硫元素，且價(jià)格低廉，因此鋰硫電池成為一項(xiàng)極具前景且成本較低的能量?jī)?chǔ)存技術(shù)。自 20 世紀(jì) 60 年代以來鋰硫電池一直受到全球廣泛的研究，數(shù)十年過去了，但是這種電池仍然存在循環(huán)過程中放電容量低和容量衰減快的問題。Nazar 和他的同事研制一種高序介孔碳硫正極用于鋰硫電池，在 2009 年取得了重大突破[10]。他們將硫包封在 CMK-3 的介孔內(nèi)，這實(shí)驗(yàn)表明 20 次循環(huán)后仍具有放電容量高

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文石墨烯和炭黑的特定高分子溶液中進(jìn)行反應(yīng)，制備碳硫復(fù)合正極。與未經(jīng)過石烯包裹的硫正極進(jìn)行比較，該電極展現(xiàn)了良好的性能，0.2 C 放電達(dá)到約 750Ah g-1的比容量，循環(huán) 100 圈后仍有 70%的容量剩余。隨后的研究中，使用富含氧元素的氧化石墨烯來進(jìn)行硫正極材料的制備。[17]成的方式是使用硫化鈉和酸反應(yīng)生成單質(zhì)硫負(fù)載在氧化石墨烯中。理論計(jì)算證在氧化石墨烯中 S-O 和 S-C 的作用力由于含氧集團(tuán)的存在要更大一些。利用種相互作用，該電極的性能在 0.1C 下達(dá)到 1000mAhg-1的比容量，50 圈循環(huán)還有約為 95%的比容量剩余。最近，使用超小的硫納米顆粒負(fù)載在還原氧化石墨烯材料上制備電極展現(xiàn)了錯(cuò)的效果。[18]合成過程為硫首先與乙二胺反應(yīng)形成硫胺復(fù)合物，隨后將復(fù)合物入還原氧化石墨烯與鹽酸混合的溶液中，使得硫在還原氧化石墨烯上成核，通調(diào)節(jié) PH 值，形成直徑為 5-150nm 的硫微粒，如圖 1-3 所示。使用最小的 5nm


本文編號(hào)：3568010