鋰硫電池具有突出的理論比能量和成本優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是新一代最具潛力的儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。然而,單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物固有的絕緣特性、充放電過(guò)程中的體積效應(yīng)和“穿梭效應(yīng)”以及中間多硫化物的緩慢的氧化還原動(dòng)力等問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)以上科學(xué)問(wèn)題,本文結(jié)合非極性碳材料和極性化合物以及中空多級(jí)孔結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)勢(shì),合理設(shè)計(jì)出優(yōu)異的硫正極宿主材料,以提高鋰硫電池的電化學(xué)性能。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:（1）三維雜化Co9S8@N-CHS空心球的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其電化學(xué)性能研究。以自制二氧化硅（SiO2）納米球?yàn)槟０?首先通過(guò)水熱法將鈷-硅酸鹽（Co-silicate）包覆在二氧化硅表面,然后通過(guò)調(diào)控碳源前驅(qū)體-聚苯并噁嗪與造孔劑-二氧化硅的比例得到Si02@Co-silicate@resorcinol微球,最后經(jīng)高溫碳化以及硫化熱蝕得到三維雜化材料Co9S8@N-CHS空心球。在該結(jié)構(gòu)中,Co9S8納米顆粒鑲嵌在碳空心球表面,協(xié)同豐富的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)形成了有效的限域空間,并闡明了該復(fù)合材料在鋰硫電池正極材料中的增強(qiáng)機(jī)制。對(duì)比S/AC、S/N-CHS,S/Co9S8@N-CHS電極表現(xiàn)出更加優(yōu)異的倍率特性和循環(huán)... 

【文章來(lái)源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?（ａ）鋰硫電池的結(jié)構(gòu)示意圖［１５］：?（ｂ）各種可充電電池系統(tǒng)的比能量對(duì)比［２２】??Ｆｉｇ．?１－１?（ａ）?ｃｅｌｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｌｉ－Ｓ?ｂａｔｔｅｒｙ［１５＾，ｂｓｐｅｃｉｆｃ?ｅｎｅｒｇｉｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ??

?＇?２４００（Ｗｈ；ｇ＞）??圖１－１?（ａ）鋰硫電池的結(jié)構(gòu)示意圖［１５］：?（ｂ）各種可充電電池系統(tǒng)的比能量對(duì)比［２２】??Ｆｉｇ．?１－１?（ａ）?ｃｅｌｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｌｉ－Ｓ?ｂａｔｔｅｒｙ［１５＾，?（ｂ）?ｓｐｅｃｉｆｃ?ｅｎｅｒｇｉｅｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ??ｂａｔｔｅｒｙ?ｓｙｓｔｅｍｓ［２２］??１．２．２鋰硫電池的電化學(xué)原理??在鋰硫電池系統(tǒng)中，鋰離子從負(fù)極擴(kuò)散到正極，并在放電過(guò)程中和正極材料相互作??用。充電時(shí)，鋰離子和電子分別以相反的方式回到正極，并通過(guò)電能的轉(zhuǎn)換來(lái)存儲(chǔ)化學(xué)??能。圖１－２為鋰硫電池典型的充放電機(jī)理圖１２５］。??３－０＇?Ｓ８＋１６Ｌｉ＋＋１６ｅ—－８Ｌｉ２Ｓ??，ｇ＿?Ｓｏｌｉｄ?？Ｌｉｑｕｉｄ??？?Ｓｏｌｉｄ??一一?．◎??２?２．６－?Ｓｓ??ｉ２Ａ－??＞?Ｘ?＇—??Ｃｈａｒｇｅ??ｒ?２．２－?ＬｉｌＳｓ?＾ａｖＡ??１??１?■?Ｖ?ＪＳｌｓｃｂａｉｇｅ??２?２．０－?？Ｕ??￡?ＬｂＳ４?Ｌｉ２Ｓ：！?＼??１－８－?＼ｌｓ＼??１６Ｊ???？??Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｃａｐａｃｉｔｙ?（ｍＡｈ?ｇ?）??圖１－２鋰硫電池典型的充放電曲線［２５］??Ｆｉｇ．?１－２?Ａ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｐｒｏ?ｆｉｅ?ｆｏｒ?ａ?Ｌｉ－Ｓ?ｂａｔｔｅｒｙ［２５］??在充放電過(guò)程中，整體反應(yīng)這樣子表示：??正極：Ｓ８＋１６Ｌｉ＋＋１６ｅ－ｅ８Ｌｉ２Ｓ?（１－１）??負(fù)極：１６Ｌｉｅｌ６Ｌｉ＋＋１６ｅ＿

．石墨烯有著優(yōu)異的導(dǎo)電性，且易于功能化，是目前研究最為廣泛的納米二維材粒負(fù)載在二維納米片表面，可以借助石墨烯的表面官能團(tuán)和超高表面積來(lái)捕獲化物［８］。最近，Ｃｈｅｎ課題組％］通過(guò)合成還原氧化石墨烯（ｒＧＯ）負(fù)載超小型硫，當(dāng)硫納米顆粒尺寸為５ｎｍ，可以實(shí)現(xiàn)Ｓ的理論容量（ＷＴＳｍＡｌｒｇ－１）。；在０．電流密度下依然表現(xiàn)出很高的電容量，分別為１６６１?ｍＡｈｆ１、１５７４?ｍＡｌｖｇ－１；?５０后電容量均保持在大約６１％０超小尺寸的納米顆粒實(shí)現(xiàn)了電荷的快速轉(zhuǎn)移，可導(dǎo)電性差的問(wèn)題。如圖１－４所示，垂直排列的硫－石墨烯（Ｓ－Ｇ）納米墻中，硫都均勻地鑲嵌在石墨烯層間和垂直排列在基板上的有序石墨烯，可以實(shí)現(xiàn)鋰離的快速擴(kuò)散［５｜］。分層多孔結(jié)構(gòu)有效限制了硫的體積變化，改善了鋰硫電池的性結(jié)果表明，該電極表現(xiàn)出很高的循環(huán)特性和大電流特性。在０．１?Ｃ電流密度下，電容量可以達(dá)到１２６１?ｍＡｈｆ１，經(jīng)１２０次循環(huán)后容量仍保持有９７％；?８?Ｃ的大下比容量依然超過(guò)４００?ｍＡｌｒｇ－１。??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高能鋰硫電池正極材料研究進(jìn)展[J]. 林維捐,謝銀斯,黃映恒,何國(guó)強(qiáng).  電源技術(shù). 2018(11)
[2]鋰硫電池中碳質(zhì)材料的研究進(jìn)展[J]. 李高然,李洲鵬,林展.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2016(02)
[3]Li-S電池硫正極性能衰減機(jī)理分析及研究現(xiàn)狀概述[J]. 刁巖,謝凱,洪曉斌,熊仕昭.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2013(04)

博士論文
[1]過(guò)渡金屬硫化物在高容量與長(zhǎng)壽命鋰硫電池正極材料中的應(yīng)用和機(jī)理研究[D]. 楊偉偉.南京大學(xué) 2017

碩士論文
[1]過(guò)渡金屬氧化物和硫化物對(duì)鋰—硫電池固硫和催化轉(zhuǎn)化作用的研究[D]. 趙首.吉林大學(xué) 2018



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