【摘要】：鋰硫電池由于其具有非常高的理論容量和能量密度而引起了極大的關(guān)注,被廣泛認(rèn)為是富有潛力的下一代儲能器件。但在其應(yīng)用中還有一些障礙需要克服。當(dāng)前已經(jīng)有不少工作關(guān)注于如何改善其氧化還原可逆性并抑制硫的損失維持其容量。本文開拓一種新策略,基于智能電場響應(yīng)構(gòu)建表面結(jié)構(gòu)并設(shè)計(jì)具有季銨基團(tuán)的特殊分子膜,鍵合在炭氣凝膠上的響應(yīng)膜用作控制多硫化物通道的開關(guān)。同時(shí),制備的炭氣凝膠(CA)呈現(xiàn)高度交聯(lián)的3D骨架,豐富的分級孔道和高比表面積。表面膜鍵合在具有1585 m~2 g~(-1)比表面積的KOH活化的CA上,制得季銨基團(tuán)修飾炭氣凝膠.本文進(jìn)一步采用包括BET等在內(nèi)的多種手段對材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明,具有選擇性薄膜的復(fù)合硫陰極具有突出的高放電容量和長期循環(huán)穩(wěn)定性。載硫61.6 wt%的硫陰極在0.2 C下顯示出1307 mAh g~(-1)的初始比容量,并且在100次循環(huán)后保持84.0%的容量。改進(jìn)的電化學(xué)性能主要受益于自響應(yīng)膜的開關(guān)作用及選擇性控制,有效地防止多硫化物從陰極逸出,抑制穿梭效應(yīng)和提高硫的利用率。此外,密度泛函理論(DFT)的吸附計(jì)算表明了β-環(huán)糊精季銨基團(tuán)對多硫化物的捕獲作用。DFT仿真進(jìn)一步支持表面膜限制和自響應(yīng)機(jī)制。本文開展了一種表面膜的新策略,同時(shí),本文關(guān)注炭氣凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)控,進(jìn)一步用基于模板法調(diào)控碳基體的多孔結(jié)構(gòu)。用β-環(huán)糊精包覆聚乙二醇合成了準(zhǔn)聚輪烷PPR,并以此為模板采用溶膠凝膠法制備了PPR-CA。PPR有效地調(diào)控并形成多孔結(jié)構(gòu)。多孔的碳基體將會為高載硫量提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),有利于硫活性材料的充分利用。PPRx-CA/S電極呈現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能。特別地,PPR2-CA/S呈現(xiàn)出顆粒均一的結(jié)構(gòu),載硫75.02 wt%的PPR2-CA/S在0.2 C倍率下首次充放電容量達(dá)到1158 mAh g~(-1)。該復(fù)合材料在0.5 C倍率下獲得1049 mAh g~(-1)的首次容量,完成300次循環(huán)后,依然具有達(dá)76%的容量保持率。PPRx-CA的多孔結(jié)構(gòu)可以有效地儲存高含量的活性硫源,防止硫的團(tuán)聚并吸附多硫化物,增強(qiáng)復(fù)合材料導(dǎo)電性,抑制電池充放電過程的“穿梭效應(yīng)”。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ427.26;TM912
【圖文】：

圖 1.1 鋰硫電池的工作示意圖Fig 1.1 The working illustration of lithium sulfur battery是上述反應(yīng)只是實(shí)際過程中的主要反應(yīng)，真實(shí)過相態(tài)變化，完善的反應(yīng)機(jī)理更加繁復(fù)，會涉及到

圖 3.1 制備 CAQA/S 的示意圖Fig 3.1 Schematic illustration of the preparation of CAQA/S3.2 實(shí)驗(yàn)部分3.2.1 活化炭氣凝膠的制備本章采用溶膠凝膠法制備炭氣凝膠。首先，將 8.80g 間苯二酚，38.0 mg 丙二酸和 20.0 mg CTAB 溶解在 60 ml 去離子水中。將溶液在 85 ℃下攪拌 30 min 后，加入 16 ml 甲醛（37 wt%）溶液，并繼續(xù)攪拌 60 min。然后，恒溫 85℃待混合物自動(dòng)聚合 12 h，逐漸在玻璃燒瓶中形成溶膠凝膠。將水凝膠在 105 ℃下干燥，逐漸變?yōu)榧t棕色粉末。然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)的管式爐內(nèi) 800 ℃碳化 2h，即可得到炭氣凝膠。此外，將通過以下處理活化上述炭氣凝膠：通過 KOH 處理 CA 以形成活化炭氣凝膠（activated carbon aerogel,ACA）。通常，將 10 g 碳化氣凝膠，45 g KOH 和5 ml 去離子水混合均勻并調(diào)制成漿糊狀，在 800 ℃下活化處理 3 h，取出后用 6

近似（GGA）被用來近似電子之間的交換相關(guān)電位。所有電子均P）基組的方式來擴(kuò)展單體波函數(shù)，并采用 Grimme 策略進(jìn)行算該計(jì)算系統(tǒng)中的色散相互作用。自洽場計(jì)算以 10-6a.u 的精度能量和離子力的計(jì)算，設(shè)置 5.1 的值作為真實(shí)空間全球軌道性多硫化物（Li2Sn，4 ≤ n ≤ 8）對于 CAQA 的吸附能通過下式 = 2 ( 2 CDQA) 2 ， 2 和 分別是整個(gè)吸附系統(tǒng)，單個(gè) Li2Sn（個(gè) CDQA 分子的總 DFT 能量。不同的電場研究了電場響應(yīng) CDQA 的構(gòu)象，分析了開/關(guān)作用的環(huán)上的碳原子被固定不動(dòng)，以 0.003 至 0.005 a.u.的電場作用在何形狀。同時(shí)，計(jì)算每種構(gòu)象的總能量。討論 分析

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 楊蓉;鄧?yán)ぐl(fā);劉曉艷;曲冶;雷京;任冰;;鋰硫電池正極復(fù)合材料研究現(xiàn)狀[J];化工進(jìn)展;2015年05期

本文編號：2770147