近年來(lái),隨著小型移動(dòng)電子設(shè)備,動(dòng)力電池和大規(guī)模能量?jī)?chǔ)存轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的快速發(fā)展以及國(guó)家對(duì)發(fā)展新能源的重視,對(duì)儲(chǔ)能體系的能量密度提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。鋰硫電池因其在能量密度方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),受到重點(diǎn)關(guān)注。但是鋰硫電池面臨的活性物質(zhì)利用率低,容量衰減快和面容量不高等問(wèn)題給它的應(yīng)用發(fā)展蒙上了一層陰影。本文通過(guò)物理限域和化學(xué)吸附并舉來(lái)抑制穿梭效應(yīng),構(gòu)筑高效穩(wěn)定的“導(dǎo)電-吸附-催化”反應(yīng)界面來(lái)促進(jìn)多硫化物轉(zhuǎn)化和設(shè)計(jì)高面容量硫正極,來(lái)開(kāi)發(fā)放電容量大,循環(huán)性能穩(wěn)定以及高面容量的鋰硫電池。為減緩穿梭效應(yīng),利用低溫水熱法和靜電作用設(shè)計(jì)合成了還原氧化石墨烯包覆空心磷酸鐵納米球（FePO₄@rGO）復(fù)合材料,并作為硫載體應(yīng)用于鋰硫電池。其中,均勻包覆的rGO提供了出色的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)rGO包覆和FePO₄空心球殼對(duì)多硫化物的物理限域與FePO₄自身對(duì)多硫化物的強(qiáng)化學(xué)吸附發(fā)揮協(xié)同作用,從而有效地抑制了穿梭效應(yīng),帶來(lái)了穩(wěn)定的循環(huán)性能。0.5 C循環(huán)1000圈的每圈容量衰減率僅為0.037%。為提高多硫化物轉(zhuǎn)換速率,以進(jìn)一步限制穿梭效應(yīng),運(yùn)用溶劑熱方法制備了硫... 

【文章來(lái)源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：107 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同電極材料的比容量和電壓對(duì)比

圖 1.2 鋰硫電池的(a)充放電曲線和(b)CV 曲線[33]整個(gè)放電過(guò)程具體詳細(xì)分步來(lái)說(shuō)的話，如圖 1.2a 中所示：放電過(guò)程第一步，電壓大約在 2.4 V，固態(tài)的 S8被緩慢還原為高階的多硫化物 Li2S8，它在醚基電解液中具有高溶解度，溶解后可以暴露更多的固態(tài)硫，使活性物質(zhì)緩慢溶解到電解液中參與反應(yīng)。這一步還原反應(yīng)為：S8 + 2 Li++ 2 e-→ Li2S8(1-1)隨著放電的深入，大概從 2.3 V 到 2.1 V，開(kāi)始進(jìn)入快速地液-液相轉(zhuǎn)換過(guò)程，即放電過(guò)程第二步，高階的 Li2S8持續(xù)不斷地被還原為低階的多硫化物 Li2S6和Li2S4。由于它們?cè)陔娊庖褐械囊兹苄�，使得這個(gè)平臺(tái)具有一個(gè)相對(duì)較快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此時(shí)的反應(yīng)式為：3Li2S8+ 2 Li++ 2 e-→ 4 Li2S6(1-2)2Li2S6+ 2 Li++ 2 e-→ 3 Li2S4(1-3)

因此，如圖 1.2a 的充電曲線所示，可逆充電過(guò)程，由此絕緣且難溶的 Li2S 和 Li2S2可以被氧化而逐步形成一個(gè)從固相到液相的轉(zhuǎn)變。最后，隨著充電的進(jìn)行，多硫體硫單質(zhì)，回到起點(diǎn)形成可逆循環(huán)�？傮w來(lái)說(shuō)，鋰硫電池，不僅是多步且多電子的電化學(xué)氧化還原過(guò)程，也是固液。電池的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)池具有諸多引人注目的優(yōu)勢(shì)，如下所示：電池最顯著優(yōu)勢(shì)的是在能量密度方面[35]。鋰硫電池的理-1，再考慮到金屬鋰負(fù)極的理論容量為 3861 mAh g-1以及為 2.2 V，由此得到鋰硫電池的理論能量密度高達(dá)的 25的鋰電池(如鈷酸鋰/石墨電池為 387 Wh kg-1)的 5 倍還要池更加符合未來(lái)便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域?qū)δ軅涫懿毮縖36]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]《下一代二次電池》專輯序言[J]. 周震,董全峰.  電化學(xué). 2019(01)
[2]鋰離子電池的發(fā)展應(yīng)用分析[J]. 李振源.  當(dāng)代化工研究. 2018(11)
[3]全球硫資源供需形勢(shì)分析[J]. 趙奎濤,張艷松,叢殿閣,王曉磊.  中國(guó)礦業(yè). 2018(09)
[4]中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)之路——解析《中國(guó)制造2025》[J]. 本刊編輯部.  機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用. 2015(03)
[5]鋰離子電池Sn基合金負(fù)極材料[J]. 褚道葆,李建,袁希梅,李自龍,魏旭,萬(wàn)勇.  化學(xué)進(jìn)展. 2012(08)
[6]鋰離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)[J]. 吳寧寧,吳可,高雅,安富強(qiáng),王雅和.  新材料產(chǎn)業(yè). 2010(10)



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