本文關(guān)鍵詞：花朵狀聚吡咯的合成及其在鋰硫電池中的應(yīng)用

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【摘要】：聚吡咯,作為一種典型的導(dǎo)電聚合物,不但具有優(yōu)異的電性能、電化學(xué)性能,還具有制備簡單、綠色環(huán)保以及環(huán)境穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點。特別地,與導(dǎo)電聚合物家族的其他成員相比,其對電信息敏感的捕捉能力和相對更高的摻雜度使其更加適合做電極材料。鋰硫電池,因其較高的理論能量密度(2600 Wh/kg)而備受關(guān)注。尤其,正極活性物質(zhì)單質(zhì)硫的理論比容量高達(dá)1675 mAh/g,同時,其在自然界中儲量豐富,價格低廉,且環(huán)境友好。因此,鋰硫電池被認(rèn)為是最具開發(fā)潛力的電池體系之一。然而,鋰硫電池目前可實現(xiàn)應(yīng)用的能量密度遠(yuǎn)低于其理論值,主要表現(xiàn)為循環(huán)壽命短、容量衰減快等問題。究其原因,主要表現(xiàn)為:單質(zhì)硫的絕緣性使得其不得不與無法參加電極反應(yīng)的電子導(dǎo)體相復(fù)合,以至于降低了正極的容量;其次,放電中間產(chǎn)物聚硫鋰易溶于電解液,引起飛梭效應(yīng),從而導(dǎo)致活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)性能差等一系列問題的出現(xiàn)。本論文在充分查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,以電化學(xué)法合成的具有電化學(xué)活性、多孔大比表面積的花朵狀導(dǎo)電聚合物聚吡咯為正極骨架與單質(zhì)硫復(fù)合,并對此正極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。本論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)采用電化學(xué)循環(huán)伏安法,以金屬鉭為工作電極,不銹鋼為輔助電極,飽和甘汞為參比電極,在以對甲苯磺酸和十二烷基苯磺酸鈉為摻雜劑的水溶液表面,合成了具有花朵狀形貌的聚吡咯。此花朵狀形貌的聚吡咯不但具有較大的比表面積、較好的熱穩(wěn)定性,同時還松軟富有彈性。(2)對其合成條件進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計不同的合成速率,并以不同合成速率下得到的花朵狀聚吡咯為正極、鋰片為負(fù)極裝配電池。通過比較電池的開路電壓以及首次放電比容量,確定了花朵狀聚吡咯的最佳合成速率為0.1 V/s。(3)將在0.1 V/s掃描速率下合成的花朵狀聚吡咯與單質(zhì)硫在120℃下熔融復(fù)合,得到PPy/S復(fù)合正極材料,并對其電化學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明,松軟富有彈性的花朵狀聚吡咯對正極結(jié)構(gòu)的坍塌失效以及放電中間產(chǎn)物在電解液中的溶解具有很好的抑制作用,直觀表現(xiàn)即是電池的循環(huán)可逆性特別好,在0.5C多次充放電條件下,平均庫侖效率達(dá)到93%。結(jié)果表明,電化學(xué)法合成的花朵狀聚吡咯,具有較好的電化學(xué)活性及對聚硫鋰的物理吸附性,極大地提高了活性物質(zhì)的利用率、電池的容量保持率以及電池的循環(huán)可逆穩(wěn)定性。同時,本文也為導(dǎo)電聚合物的電極應(yīng)用提供了實驗參考。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O633.5;TM912

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1269176