近年來,隨著小型移動電子設備,動力電池和大規(guī)模能量儲存轉換系統(tǒng)的快速發(fā)展以及國家對發(fā)展新能源的重視,對儲能體系的能量密度提出了更高的標準。鋰硫電池因其在能量密度方面的絕對優(yōu)勢,受到重點關注。但是鋰硫電池面臨的活性物質利用率低,容量衰減快和面容量不高等問題給它的應用發(fā)展蒙上了一層陰影。本文通過物理限域和化學吸附并舉來抑制穿梭效應,構筑高效穩(wěn)定的“導電-吸附-催化”反應界面來促進多硫化物轉化和設計高面容量硫正極,來開發(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,利用低溫水熱法和靜電作用設計合成了還原氧化石墨烯包覆空心磷酸鐵納米球（FePO₄@rGO）復合材料,并作為硫載體應用于鋰硫電池。其中,均勻包覆的rGO提供了出色的導電網(wǎng)絡。同時rGO包覆和FePO₄空心球殼對多硫化物的物理限域與FePO₄自身對多硫化物的強化學吸附發(fā)揮協(xié)同作用,從而有效地抑制了穿梭效應,帶來了穩(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%。為提高多硫化物轉換速率,以進一步限制穿梭效應,運用溶劑熱方法制備了硫... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同電極材料的比容量和電壓對比

圖 1.2 鋰硫電池的(a)充放電曲線和(b)CV 曲線[33]整個放電過程具體詳細分步來說的話，如圖 1.2a 中所示：放電過程第一步，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，使活性物質緩慢溶解到電解液中參與反應。這一步還原反應為：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，開始進入快速地液-液相轉換過程，即放電過程第二步，高階的 Li2S8持續(xù)不斷地被還原為低階的多硫化物 Li2S6和Li2S4。由于它們在電解液中的易溶性，使得這個平臺具有一個相對較快的反應動力學。此時的反應式為：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，可逆充電過程，由此絕緣且難溶的 Li2S 和 Li2S2可以被氧化而逐步形成一個從固相到液相的轉變。最后，隨著充電的進行，多硫體硫單質，回到起點形成可逆循環(huán)�？傮w來說，鋰硫電池，不僅是多步且多電子的電化學氧化還原過程，也是固液。電池的優(yōu)勢和面臨的挑戰(zhàn)池具有諸多引人注目的優(yōu)勢，如下所示：電池最顯著優(yōu)勢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便攜式電子設備和電動汽車等領域對能備受矚目[36]。

【參考文獻】：
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本文編號：3146221