發(fā)布時(shí)間：2021-01-20 11:48

　　以蛋白石頁(yè)巖為載硫體,通過(guò)化學(xué)沉積法制備蛋白石頁(yè)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(yè)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(cè)試結(jié)果表明蛋白石頁(yè)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(cè)試表明,蛋白石頁(yè)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(kù)倫效率始終保持在95%以上,說(shuō)明蛋白石頁(yè)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(lái)源】：無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2017,32(11)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

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

1168無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)第32卷圖3蛋白石頁(yè)巖、蛋白石頁(yè)巖/硫和蛋白石頁(yè)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(yè)巖的比表面積和孔容分別為90.78m2/g和0.20cm3/g,蛋白石頁(yè)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(yè)巖的孔隙中,使得蛋白石頁(yè)巖的孔隙率減校蛋白石頁(yè)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(duì)應(yīng)的孔徑分布圖,可以看出蛋白石頁(yè)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(yè)巖/硫–聚苯胺的熱重分析圖4為蛋白石頁(yè)巖/硫-聚苯胺在氮?dú)鈿夥罩械臒嶂胤治銮�,溫度測(cè)試范圍為50~700℃,升溫速率為10℃/min。由圖4可知,蛋白石頁(yè)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(duì)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(duì)應(yīng)聚苯胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.7%。圖4蛋白石頁(yè)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(cè)試圖5(a)為0.5C倍率下蛋白石頁(yè)巖/硫和蛋白石頁(yè)巖/硫-聚苯胺循環(huán)性能圖,由圖可知,蛋白石頁(yè)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(kù)倫效率保持在95%左右,?

2/g和0.20cm3/g,蛋白石頁(yè)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(yè)巖的孔隙中,使得蛋白石頁(yè)巖的孔隙率減校蛋白石頁(yè)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(duì)應(yīng)的孔徑分布圖,可以看出蛋白石頁(yè)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(yè)巖/硫–聚苯胺的熱重分析圖4為蛋白石頁(yè)巖/硫-聚苯胺在氮?dú)鈿夥罩械臒嶂胤治銮�,溫度測(cè)試范圍為50~700℃,升溫速率為10℃/min。由圖4可知,蛋白石頁(yè)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(duì)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(duì)應(yīng)聚苯胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.7%。圖4蛋白石頁(yè)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(cè)試圖5(a)為0.5C倍率下蛋白石頁(yè)巖/硫和蛋白石頁(yè)巖/硫-聚苯胺循環(huán)性能圖,由圖可知,蛋白石頁(yè)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(kù)倫效率保持在95%左右,表明蛋白石頁(yè)巖對(duì)多硫圖5蛋白石頁(yè)巖/硫和蛋白石頁(yè)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
[1]鋰/硫電池的研究現(xiàn)狀、問(wèn)題及挑戰(zhàn)[J]. 胡菁菁,李國(guó)然,高學(xué)平.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2013(11)
[2]嫩江蛋白石頁(yè)巖的結(jié)構(gòu)及其吸附性能[J]. 楊殿范,魏存弟,寧維坤,徐少南,蔣引珊.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版). 2010(05)
[3]毛細(xì)凝聚和吸附-脫附回路的物理化學(xué)解釋[J]. 汪政德,張茂林,梅海燕,孫良田,李士倫,吳清松.  新疆石油地質(zhì). 2002(03)



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