隨著移動式電子設(shè)備和電動汽車的快速發(fā)展,對具有高能量密度、長循環(huán)壽命的電池體系的需求急劇增長。相比于傳統(tǒng)的的鋰離子電池,鋰硫電池中單質(zhì)硫的理論比容量高達(dá)1675 mAh g-1,與金屬Li結(jié)合具有高的能量密度2600 Wh kg-1,被認(rèn)為是非常有潛力的下一代鋰電池。此外,硫單質(zhì)安全無毒、價格低廉、自然界儲量豐富,具有實際應(yīng)用優(yōu)勢。然而,鋰硫電池的商業(yè)化仍然面臨幾個大的障礙,例如硫的利用率低、壽命短、庫倫效率差、自放電等。造成這些問題最根本的原因是硫固體的絕緣性以及充放電過程中長鏈多硫化鋰中間體在電解液中的溶解、在電極之間的穿梭。為了解決多硫化鋰中間體導(dǎo)致的穿梭效應(yīng),我們通過對正極材料的優(yōu)化設(shè)計,搜索合適的載硫宿主材料,通過化學(xué)吸附捕獲多硫化鋰中間體,或負(fù)載小尺寸硫分子阻止長鏈多硫化鋰中間體的產(chǎn)生。通過第一性原理計算,系統(tǒng)地研究了石墨烯中不同空位缺陷、N摻雜缺陷和B、N共摻雜缺陷對多硫化鋰的捕獲行為。發(fā)現(xiàn)空位缺陷對多硫化鋰的化學(xué)親和力隨缺陷尺寸增加而增加。此外,石墨烯中的N摻雜缺陷導(dǎo)致N-Li間的強(qiáng)相互作用,其中毗啶N比吡咯N對多硫化鋰的捕獲貢獻(xiàn)更大。進(jìn)一步,B、N共摻雜的石墨烯中N和... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

N摻雜石墨烯負(fù)載硫的循環(huán)性能[83]

比容量達(dá)到６０６?ｍＡｈｇＨ。最重要的結(jié)果是電池壽命得到了較大的提升，循環(huán)達(dá)到２０００??次，每次循環(huán)電池容量的衰減僅有０．０２８％，對應(yīng)的庫倫效率為９７％，可媲美鋰離子電??池，如圖１．８所示。相應(yīng)的計算結(jié)果表明吡啶Ｎ和吡咯Ｎ摻雜的缺陷石墨烯比完美石墨??烯對ＬｉＰＳ的化學(xué)親和力顯著提升：其捕獲ＵＰＳ的作用機(jī)制是通過缺陷處的Ｎ與ＬｉＰＳ??中的Ｌｉ結(jié)合，而不是Ｎ和Ｓ結(jié)合。??廣?１６００?１?１?９６０?ｖ一??合１４００：?撕，一?，ｆ－８４０?１??５?１２００－?Ｉ＇、．?＿．?１?，?＾?＞？？？」７２０?＾??｜?１０００」?＾?ｖ－＇Ａ?－?６００?＜??－８００－?Ｖ?」４８０?旦??６００：?：?３６０?＞，??Ｓ?４００－?■?Ｃｈａｒｇｅ?＂?——ｒ￣￣—＾－?２４０?〇??Ｓ＇?２００?－?？?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?－?１２０?〇．??０?５００?１０００?１５００?２０００?°??Ｃｙｃｌｅ?ｎｕｍｂｅｒ??圖１．８?Ｎ摻雜石墨烯負(fù)載硫的循環(huán)性能［８３］??Ｆｉｇ．?１．８?Ｃｙｃｌｉｎｇ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ?ｏｆ?Ｓ＠Ｎ－ｄｏｐｅｄ?ｇｒｐａｈｅｎｅ?ａｔ?２?Ｃ?丨、’丨??除了單獨(dú)的Ｎ摻雜，Ｍａｎｔｈｉｒａｍ等人還發(fā)現(xiàn)Ｎ和Ｓ共摻雜的石墨烯比單獨(dú)Ｎ摻雜??的石墨烯具有更高的比容量和更好的電池容量保持率Ｌ９３］。這種Ｎ、Ｓ共摻雜的石墨烯載??硫體系在０．２Ｃ的電流密度條件下電池比容量達(dá)到１２００?ｍＡｈｇＨ，充放電循環(huán)５００次以??上

除了碳材料，其它一些含Ｎ的化合物如ｇ－Ｃ３Ｎ４也對ＬｉＰＳ展現(xiàn)了較強(qiáng)的吸附能力??Ｎａｚａｒ等人［１Ｑ（）］研究的表明ｇ－Ｃ３Ｎ４具有較高的比表面積，載硫量較高，且高達(dá)??５３．５％的Ｎ可作為大量的活性位點(diǎn)用于吸附限域ＬｉＰＳ。如圖１．１０所示，ｇ－Ｃ３Ｎ４載硫電??極在０．５Ｃ的電流密度條件下，循環(huán)達(dá)到１５００次，每次放電量衰減為０．０４％。Ｚｈａｎｇ等??人合成了一種類石墨烯的氧化碳氮ＯＣＮ－９００平面結(jié)構(gòu)用于載硫正極材料，展現(xiàn)出了比??ｇ－Ｃ３Ｎ４更優(yōu)異的電化學(xué)性能［１Ｑ１ｌ?Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ等人報道的多孔鈦氮化合物（ＴｉＮ）用于??載硫宿主村料，可以對活性物質(zhì)Ｓ和ＵＰＳ達(dá)到物理限域和化學(xué)吸附的雙重效果。其中??的化學(xué)吸附是通過Ｎ和ＬｉＰＳ中的Ｓ作用形成Ｎ－Ｓ鍵，與Ｃ、Ｎ化合物中吸附ＬｉＰＳ的??Ｎ－Ｌｉ相互作用不同［｜０７］。??－１２－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]碳質(zhì)材料在鋰硫電池中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 張強(qiáng),程新兵,黃佳琦,彭翃杰,魏飛.  新型炭材料. 2014(04)



本文編號：3547604