【摘要】：儲(chǔ)量有限的化石能源消費(fèi)量的快速消耗和其使用帶來(lái)的全球性的環(huán)境問(wèn)題,人們迫切需要開(kāi)發(fā)出高能量、大功率和高安全性的電池。人們亟待尋求減少化石能源的使用,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的方法。為了降低經(jīng)濟(jì)發(fā)展中化石能源所占比重,實(shí)現(xiàn)能源的“綠色化”,我國(guó)出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)清潔能源發(fā)展的政策措施。然而,我們所熟知的太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉从捎谝资茏匀灰蛩氐挠绊?難以滿足穩(wěn)定持續(xù)的向外界供能的要求。這就需要我們尋找到能夠?qū)⑦@類(lèi)能源轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存并穩(wěn)定向外界供能的媒介裝置。動(dòng)力和儲(chǔ)能電池就能夠很好的實(shí)現(xiàn)這一功能,實(shí)現(xiàn)能源的空間自由和時(shí)間自由。然而,市售的動(dòng)力和儲(chǔ)能電池(鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子電池等)已不能滿足人們的使用需求。因此,我們需要開(kāi)發(fā)出能量密度更高、性能更優(yōu)的動(dòng)力和儲(chǔ)能電池。鋰硫電池的理論能量密度高達(dá)2600 Wh/kg,是人們理想的下一代動(dòng)力和儲(chǔ)能電池。此外,其活性物質(zhì)單質(zhì)硫還具有環(huán)境友好、價(jià)廉易得、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)。然而,“穿梭效應(yīng)”、單質(zhì)硫絕緣、體積膨脹等問(wèn)題,使得鋰硫電池難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。單質(zhì)硫的導(dǎo)電性差和陰極復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng),決定了鋰硫電池研究的關(guān)鍵在陰極材料。本論文中,作者主要針對(duì)鋰硫電池存在的問(wèn)題,進(jìn)行了硫/多孔碳和硫/納米多孔金的設(shè)計(jì)及其電化學(xué)性能測(cè)試。論文包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：1.將玉米粒退火炭化制備了多孔碳,然后通過(guò)溶劑熱復(fù)合的方法成功制備了硫/多孔碳復(fù)合材料。我們將硫/多孔碳復(fù)合材料用作鋰硫電池正極材料,并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明,在0.2C的充放電倍率下循環(huán)50次后,比容量為293mAh/g。2.首次在鋰硫電池研究領(lǐng)域,提出了將金屬單質(zhì)用作陰極載體材料。設(shè)計(jì)制備了具有5～20nm孔徑的納米多孔金,并將其與單質(zhì)硫復(fù)合。在1C倍率下對(duì)由S/NPG裝配成的電池進(jìn)行循環(huán)性能測(cè)試,在電池循環(huán)1000次后仍能獲得高達(dá)610 mAh/g的比容量,表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。甚至在高達(dá)10C的倍率下對(duì)電池進(jìn)行測(cè)試,循環(huán)500次后,仍可獲得360 mAh/g的比容量,表現(xiàn)出了優(yōu)秀的倍率性能。
【圖文】：

方程１．１邋－邋１．３），然后高氧化態(tài)的聚硫離子逐步得電子還原生成低氧化態(tài)逡逑的聚硫離子，最終生成不溶于電解液的Ｌｉ２Ｓ２和ＬｉｓＳ邋（方程１．４－１．５），，并分別對(duì)逡逑應(yīng)不同的放電平臺(tái)（如圖１－１所示）。陰極和陽(yáng)極總的反應(yīng)過(guò)程分別如方程１．６逡逑和１．７所示［３０］。逡逑Ｓｇ邋＋邋２ｅ邋一邋Ｓｇ２邐（１．１）逡逑３Ｓｇ＾￣邋＋邋２ｅ－邋＾邋４Ｓｅ＾￣邐（１．２）逡逑ＺＳｅＺ－邋＋邋２ｅ＿邋一邋３Ｓ４２－邐（１．３）逡逑Ｓ４２－邋＋邋化ｉ＋邋＋邋２ｅ＿邋一邋２ＬｉｚＳ２邐（１．４）逡逑Ｕ２Ｓ２邋＋邋２Ｌｉ＋邋＋邋２ｅ—邋一化邋ｉｓＳ邐（１．５）逡逑３逡逑

們所制各的多孔碳，具有Ｈ維連續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)，孔徑約為ｌ￣３ｕｍ。然后將多逡逑孔碳與單質(zhì)硫按３：１的質(zhì)量比分散在１邋ｍｏｌ／Ｌ的氨氧化鋼溶液中，２８０°Ｃ水熱逡逑化，經(jīng)多次離屯、洗凍得到硫／多孔碳復(fù)合材料（如圖２－１邋ｄ）。從圖中我們可Ｗ逡逑明顯地觀察到單質(zhì)硫與多孔碳形成了很好的復(fù)合材料。逡逑（ａ）邐１００－—邐—「仆）逡逑■邋Ｉ邐飛逡逑■ｆｒ邋１邐＼邐Ｓ邋８５－邐＼邐口．９１％逡逑Ｉ邋１，１邋嘶Ｉ邐＼逡逑奏Ｉ邐Ｊ＿＿逡逑Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋？邋Ｉ—＇—＼—＇—Ｉ—＇—Ｉ—Ｈ邐＊邐１邐？邐？邐？邋Ｉ邋？邋Ｉ邋？邋Ｉ逡逑１０邐２０邐３０邐４０邐５０邐６０邐７０邋如邐１００邐２００邐３００邐４００邋＼邐５００邐６００逡逑２０邋（Ｄ巧ｒｅｅ）邐ＴｅｍｐｅｒａｈＪｉ＾ｅ邋作？）逡逑圖２－２邋（ａ）？多孔碳和硫／多孔碳復(fù)合材料的ＸＲＤ衍射花樣；（ｂ）硫／多孔碳復(fù)合逡逑材料在Ｎ２氣氛下的ＴＧＡ曲線。逡逑對(duì)比觀察多孔碳和硫／多孔碳復(fù)合材料的ＸＲＤ衍射花樣（如圖２－２邋ａ所逡逑示），我們可Ｗ看到，硫／多孔碳前驅(qū)體較多孔碳有明顯的硫的衍新峰（ＪＣＰＤＳ逡逑４２－１２７８，邋ＪＣＰＤＳ邋６５－１１－１）。由此我們可知，退火后多孔碳與硫成巧Ｉ：合。觀察逡逑硫／多孔碳復(fù)合材料在Ｎ２氣氛下的ＴＧＡ曲線，我們可Ｗ觀察到在１５０邋￣邋２８０邋’Ｃ逡逑溫度范圍內(nèi)有一個(gè)明顯的失重過(guò)程，失重比例約為２７．９１％，這一結(jié)果與硫和多逡逑孔碳的復(fù)合比例（質(zhì)量比１：３）相一致�！鲥义蠄D２－３邋ａ為同一電極片在０．２邋Ｃ倍率下硫／多孔碳復(fù)合材料在不同循環(huán)次數(shù)逡逑的充放電曲線。首次的放電容量明顯高于相應(yīng)的充電過(guò)程。由方程２．１
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM912

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本文編號(hào)：2554496