制備高比容量的電池是信息時(shí)代發(fā)展的必然要求,而硫可轉(zhuǎn)移多個(gè)電子,使得鋰-硫電池的比容量是普通鋰離子電池的6倍以上,因此,鋰-硫電池十分具有應(yīng)用潛力。鋰-硫電池存在硫?qū)щ娦圆畹葐栴},故而如何制備導(dǎo)電性高、硫負(fù)載量大的正極成為鋰-硫電池的關(guān)鍵。雞蛋在煎蒸過程中容易產(chǎn)生孔隙,并且碳化后會(huì)保留氨基酸留下的極性N、O等元素。將其制備成生物質(zhì)多孔碳材料并用于改性硫正極可以提高硫的導(dǎo)電性、為硫正極提供豐富的硫負(fù)載空間,并且吸附中間產(chǎn)物,從而提高電池性能。本課題分別以蛋清、蛋黃、雞蛋為原材料,制備了一種工藝簡(jiǎn)單、可重復(fù)性高而且孔隙結(jié)構(gòu)豐富、具有天然O和N極性元素?fù)诫s的生物質(zhì)多孔碳材料;并研究了碳源、碳化活化溫度、活化劑濃度等因素對(duì)生物質(zhì)多孔碳孔結(jié)構(gòu)和電池性能的影響,從而確定出最佳的制備工藝。不僅為多孔碳材料制備提供借鑒,還為鋰-硫電池的正極材料改性方向提供基礎(chǔ),研究結(jié)果表明:雞蛋清多孔碳材料(AC)具有最豐富的分級(jí)孔形貌并且含有天然的O和N極性元素?fù)诫s,其比表面積和介孔孔徑分布別為693 m2·g-和3.1 nm,對(duì)多硫化鋰吸附能力為0.0012 g多硫化鋰/g吸附劑;蛋清多孔碳/硫(AC/S)正極材料具有最好的可逆性和最優(yōu)的電化學(xué)性能,在0.05 C倍率下,放電比容量高達(dá)11115mAh·g-1。2C倍率下其倍率容量(4337mAh·g-1)較雞蛋碳/硫(EC/S)和蛋黃碳/硫(YC/S)正極分別提高了15%和25%。0.2 C倍率下AC/S循環(huán)50次后容量保持率為77%,比EC/S和YC/S分別高出15%和11%。多孔碳孔結(jié)構(gòu)和形貌調(diào)控試驗(yàn)表明,0.5 moL·-L-1 NaOH條件下制備的碳材料(AC-0.5M)具有最豐富的孔隙結(jié)構(gòu),用作鋰-硫電池正極基體材料時(shí),較0.4 moL·L-1和0.7 moL·L-1 NaOH的碳材料制備的正極(AC-0.4M/S和AC-0.7M/S)表現(xiàn)出最小的電荷轉(zhuǎn)移電阻和最大的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。在2 C倍率下其倍率容量較AC-0.4M/S和AC-0.7M/S分別高出31%和19%。0.2 C倍率下循環(huán)150圈的平均比容量衰減率為0.21%。碳化溫度800℃條件下制備的多孔碳改性的硫正極(AC-800/S)具有最小的電荷轉(zhuǎn)移電阻(62 Ω)和最大的鋰離子擴(kuò)散系數(shù);0.2 C倍率下首次放電比容量較700 ℃條件下的正極(AC-700/S)和900 ℃條件下的正極(AC-900/S)分別高出16%和11%,經(jīng)過160次循環(huán)后比容量保持率比AC-700/S(AC-30min/S)具有最高的倍率穩(wěn)定性,2C倍率下AC-30min/S復(fù)合材料的倍率容量較球磨60 min的和未球磨的AC多孔碳改性硫正極分別高出8%和27%。AC多孔碳制備的最佳工藝條件為:0.5 moL·L-1活化劑,碳化溫度800 ℃,30 min球磨處理。此多孔碳應(yīng)用于高硫負(fù)載量(4.5mg·cm-2)正極中,0.1 C倍率下的首次面容量可達(dá)4.4 mAh·cm-2,高于現(xiàn)己應(yīng)用的鋰離子電池,能穩(wěn)定循環(huán)40次,具有實(shí)際應(yīng)用的潛力。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ127.11;TM912
【部分圖文】：

竹炭微觀結(jié)構(gòu)圖

3圖 1-2 蕨類植物碳微觀結(jié)構(gòu)圖[18](a)-(d)不同角度的蕨類植物碳微觀結(jié)構(gòu)Figure 1-2 Microstructure of the fern carbon[18](a)-(d) microstructure of fern carbon at different angles外，除了結(jié)構(gòu)形貌外，生物質(zhì)多孔碳材料的元素組成也與所用生物質(zhì)原料本身元關(guān)，由于天然生物質(zhì)本身存在大量的 C、O、H、N 和 S 元素，故而以其為原料生物質(zhì)多孔碳材料的主要元素組成除了碳外（約占 85 %以上），還殘存少量的 O、S 等極性元素，并且這些原位極性元素可與碳元素以化學(xué)鍵的方式相結(jié)合形成官能團(tuán)，如-OH 和-COOH 等，對(duì)生物質(zhì)碳材料的吸附性能、離子交換性能等性

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文工作原理要由負(fù)極金屬鋰、有機(jī)電解液和硫正極構(gòu)成，通過硫單現(xiàn)化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)換，具體轉(zhuǎn)換過程如圖 1-3 所示個(gè)階段：第一階段：從更高的電壓向高電壓平臺(tái)的轉(zhuǎn)變，狀 S8形式存在的固相 S8硫在電解質(zhì)中溶解變?yōu)橐合嗟?S得失，高電壓平臺(tái)向低電壓平臺(tái)的轉(zhuǎn)換，該階段活性物中和重組，環(huán)狀的 S8逐步得到電子變成高階的聚硫離子 S列的可溶于有機(jī)電解液的中間產(chǎn)物（Li2Sn，2<n<8 ）；電壓平臺(tái)范圍內(nèi)的 S4-2會(huì)被進(jìn)一步還原成 S2-2，S2-2最溶性的 Li2S2和 Li2S。充電過程則完全相反，Li2S2或 Li2S質(zhì)硫 S，同時(shí) Li+遷移到鋰負(fù)極還原成金屬 Li。鋰-硫電池轉(zhuǎn)移數(shù)可計(jì)算得出其理論比容量為 1675 mAh·g-1是石墨的 6~11 倍[51-52]。

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本文編號(hào)：2829810