鋰硫（Li-S）電池因其高理論比容量(1675 mAh g^-1)、高能量密度(2600 Wh kg^-1)、低成本和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)引起了廣泛關(guān)注。然而,可溶性中間產(chǎn)物多硫化物（Li PSs）的穿梭效應(yīng)導(dǎo)致了活性物質(zhì)的損失和緩慢的氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué),從而影響鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。本論文將碳化鈦（Ti₃C₂T_x）材料應(yīng)用于鋰硫電池的正極及隔膜修飾,并合理設(shè)計(jì)3D Ti₃C₂T_x氣凝膠結(jié)構(gòu)修飾隔膜,有效地抑制了Li PSs的穿梭效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了三維Ti₃C₂T_x氣凝膠改性隔膜應(yīng)用于Li-S電池。Ti₃C₂T_x氣凝膠的這種特殊結(jié)構(gòu),不僅有效地避免了二維Ti₃C₂T_x

【文章來(lái)源】：哈爾濱師范大學(xué)黑龍江省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Ti3C2Tx/S正極的元素Mapping圖像(Ti、C和S元素)

哈爾濱師范大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-1.合成Ti3C2Tx/S正極的流程圖Fig.2-1SchematicillustrationofthesynthesisprocessoftheTi3C2Tx/Scomposites.如圖2-2(a)所示為Ti3C2Tx的SEM照片，可以觀察到許多Ti3C2Tx納米片，大小約在幾百納米到三微米左右。如圖2-2(b)所示，硫單質(zhì)均是以直徑約為400nm的球形顆粒形貌存在。將Ti3C2Tx和硫以液相混合的方式攪拌均勻，抽濾得到Ti3C2Tx和S的混合物，如圖2-2(c)所示，Ti3C2Tx外層被硫顆粒緊密包裹，看不到Ti3C2Tx的片層結(jié)構(gòu)。將其在Ar保護(hù)氣環(huán)境下155℃加熱12小時(shí)，使硫完全融化、包覆在Ti3C2Tx表面。從圖2-2(d)中可以看到硫顆粒消失了，并且在邊緣處能看到Ti3C2Tx的片層結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)Ti3C2Tx/S做了Ti、C、S元素分布分析（圖2-3），觀察到元素Ti、C、S的分布輪廓完全吻合，進(jìn)一步證實(shí)了經(jīng)過(guò)155℃熱處理后硫均勻包覆在Ti3C2Tx表面，Ti3C2Tx/S正極復(fù)合材料制備成功。圖2-2(a)Ti3C2Tx、(b)S、(c)Ti3C2Tx和S復(fù)合材料和(d)Ti3C2Tx/S正極的SEM圖像。Fig.2-2SEMimagesof(a)Ti3C2Tx,(b)S,(c)Ti3C2TxandScompositeand(d)Ti3C2Tx/S.圖2-3Ti3C2Tx/S正極的元素Mapping圖像(Ti、C和S元素)。Fig.2-3Elementalmappingimages(Ti,CandSelements)ofTi3C2Tx/Sascathode.

第2章Ti3C2Tx/S電極的制備及其表征9為了進(jìn)一步闡明Ti3C2Tx/S正極材料的詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息和組成，對(duì)Ti3C2Tx/S、Ti3C2Tx、S和原始Ti3AlC2進(jìn)行XRD測(cè)試，如圖2-4(a)展示。紅色XRD圖譜中6.0°處的強(qiáng)峰為Ti3C2Tx的(002)衍射峰，而且與Ti3AlC2峰位對(duì)比，沒有出現(xiàn)Ti3AlC2的特征峰，說(shuō)明Ti3AlC2已經(jīng)被完全腐蝕成Ti3C2Tx。Ti3C2Tx/S的XRD圖譜包含了Ti3C2Tx和S的特征衍射峰，進(jìn)一步說(shuō)明了Ti3C2Tx/S復(fù)合材料的形成。如圖2-4(b)所示，在氮?dú)夥諊�，�?duì)Ti3C2Tx/S復(fù)合材料進(jìn)行差熱測(cè)試，測(cè)定Ti3C2Tx/S中硫含量為50%。圖2-4(a)Ti3C2Tx/S,Ti3C2Tx,S和Ti3AlC2的XRD衍射峰,(b)氮?dú)獗Ｗo(hù)氣環(huán)境下Ti3C2Tx/S復(fù)合材料和硫單質(zhì)的TGA曲線。Fig.2-4(a)XRDpattersofTi3C2Tx/S,Ti3C2Tx,SandTi3AlC2.(b)TGAcurveoftheTi3C2Tx/ScompositeandsulfurunderN2atmosphere.2.2.2Ti3C2Tx/S正極電池的電化學(xué)性能分析Ti3C2Tx作為硫的基質(zhì)材料可以提高正極導(dǎo)電性并起到化學(xué)錨定LiPSs的作用。以Ti3C2Tx/S為正極，金屬鋰箔為負(fù)極，組裝成CR2032紐扣電池（命名為Ti3C2Tx/S-I）進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。這項(xiàng)工作中所有電池的放電比容量都是根據(jù)活性物質(zhì)硫的質(zhì)量來(lái)計(jì)算的。如圖2-5所示，Ti3C2Tx/S-I電池的CV曲線在0.1mVs-1的掃速下，在1.7-2.8V的電壓范圍內(nèi)測(cè)試獲得。在2.27V和2V觀察到兩個(gè)典型的還原峰（i和ii），分別對(duì)應(yīng)于從單質(zhì)硫到可溶性長(zhǎng)鏈LiPSs（Li2Sn,4≤n≤8），再到不溶性固態(tài)Li2S2/Li2S的多步還原反應(yīng)。在充電過(guò)程中，峰位在2.38-2.43V范圍內(nèi)的氧化峰（iii和iv）是由于Li2S2/Li2S轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iPSs，并進(jìn)一步將LiPSs氧化為硫的過(guò)程。


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