【摘要】：鋰硫電池具有較高的能量密度并且其正極硫具有價(jià)格低廉、儲備豐富和綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn),是最有前景的新一代儲能系統(tǒng)之一。但鋰硫電池存在導(dǎo)電性差、穿梭效應(yīng)和體積效應(yīng)等問題,這導(dǎo)致鋰硫電池循環(huán)壽命短,庫倫效率低,嚴(yán)重制約鋰硫電池實(shí)際應(yīng)用。本文在綜述國內(nèi)外鋰硫電池隔層的研究發(fā)展基礎(chǔ)上,針對鋰硫電池存在的問題,通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)配置,提出以靜電紡納米纖維為對象,結(jié)合紡織品功能整理技術(shù),開發(fā)新型碳納米纖維隔層,獲得高性能鋰硫電池。本文主要研究了準(zhǔn)分子紫外光微氧化碳納米纖維(EUV-CNFs)、碳化鐵復(fù)合碳納米纖維(Fe_3C-CNFs)和絲素碳納米纖維(SCNFs)的制備及其作為鋰硫電池隔層的應(yīng)用研究。主要研究工作如下:(1)以PAN為碳源,通過靜電紡絲、碳化、準(zhǔn)分子紫外燈輻照方法制備EUV-CNFs。對比輻照前后CNFs形貌和元素組成發(fā)現(xiàn),輻照20min,纖維表面出現(xiàn)孔穴且氧含量明顯升高,比表面積由599 m~2 g~(-1)提升至621 m~2 g~(-1)。EUV-CNFs作為鋰硫電池隔層,在0.2 C電流密度下,電池具有1356 mAh g~(-1)的初始放電容量,在200次循環(huán)后比容量保留為917 mAh g~(-1),平均庫倫效率98.8%,每圈容量衰減0.16%。分析其機(jī)理發(fā)現(xiàn)纖維表面氧化官能團(tuán)通過Li-O相互作用,吸附溶解在電解液中的多硫化鋰,并通過導(dǎo)電碳提供快速電子轉(zhuǎn)移通道,實(shí)現(xiàn)高活性物質(zhì)利用率。(2)FeSO_4與PAN進(jìn)行混合紡絲,隨后進(jìn)行高溫碳化,獲得Fe_3C-CNFs。研究FeSO_4對碳納米纖維形貌的影響,高溫碳化后,FeSO_4轉(zhuǎn)化成Fe_3C納米顆粒并均勻分散在纖維表面/內(nèi)部,纖維完整性變差。分析XPS和循環(huán)后Fe_3C-CNFs形貌,證明Fe_3C納米顆�？梢晕蕉嗔蚧嚥⒕鶆虺练e在纖維表面。電化學(xué)測試結(jié)果表明,Fe_3C-CNFs作為鋰硫電池隔層,在0.2 C電流密度下,具有1077 mAh g~(-1)的首次放電容量,100次循環(huán)后,可逆容量保留為914 mAh g~(-1),平均庫倫效率達(dá)98.0%。計(jì)算鋰離子擴(kuò)散速率發(fā)現(xiàn),Fe_3C不會明顯影響鋰離子擴(kuò)散速率。(3)選用蠶繭為碳前軀體,經(jīng)脫膠、溶解、過濾透析、冷凍干燥、靜電紡絲、碳化一系列過程,獲得絲素基碳納米纖維。320°C時(shí),絲素納米纖維熱損失最劇烈;360°C時(shí),絲素納米纖維β-折疊鏈結(jié)構(gòu)逐漸脫N轉(zhuǎn)變?yōu)楣曹椞冀Y(jié)構(gòu)。800°C碳化后,絲素碳納米纖維直徑約為400 nm,比表面積為445 m~2 g~(-1),孔體積為0.24 cm~3 g~(-1)。設(shè)計(jì)正極隔層、負(fù)極隔層、正負(fù)極雙隔層、無隔層四種不同結(jié)構(gòu)配置鋰硫電池,進(jìn)行電化學(xué)性能測試。結(jié)果表明,具有雙隔層結(jié)構(gòu)鋰硫電池表現(xiàn)出最佳的性能,在0.2 C電流密度下具有1164 mAh g~(-1)的高放電容量,并在200次循環(huán)后保持799 mAh g~(-1)的比容量。
【圖文】：

工大學(xué)碩士學(xué)位論文 碳基纖維隔層制備及其儲素。Mikhaylik 在 2010 年的電化學(xué)學(xué)會（ECS）會議上展示了鋰硫圖 1.1 中的蜘蛛圖所示，與美國先進(jìn)電池聯(lián)盟（USABC）設(shè)定的電池足比能量、比功率、功率密度和低溫性能的要求。然而，當(dāng)前的鋰率性能和充電時(shí)間方面無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，尤其是高溫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最鋰硫電池技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用。

3圖 1.2 鋰硫電池充電/放電工作示意圖[18]硫電池是一種電化學(xué)存儲裝置，電能可以存儲在硫電極中。圖 1.2 顯示了件及其操作（充電和放電）的示意圖[18]。傳統(tǒng)的鋰硫電池由鋰金屬負(fù)極、復(fù)合正極組成。由于硫處于帶電狀態(tài)，單元操作從放電開始。在放電反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM912;TQ342

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;冰箱收納小技巧[J];新天地;2017年05期

2 歸墟;南宮閣;;故園無此生[J];花火;2017年14期

3 陳敬;棗子月餅;;得月記[J];南風(fēng);2017年28期

4 白洪彬;;建筑內(nèi)部裝修中隔層防火安全探討[J];科技致富向?qū)?2014年06期

5 呂曉光，馬福士，，田東輝;隔層巖性、物性及分布特征研究[J];石油勘探與開發(fā);1994年05期

6 熊緒穰;淺談水稻隔層育秧[J];農(nóng)業(yè)科技通訊;1995年04期

7 N.T.莫克森;D.米德;S.B.理查森;田傳明;;空氣隔層爆破技術(shù)的研究[J];國外金屬礦山;1993年11期

8 黃娟;;女追男,真的是隔層紗么?[J];Women of China;2010年10期

9 王新衛(wèi);;母親的藥單[J];散文選刊(原創(chuàng)版);2019年03期

10 王春光;田維平;陳聰;楊德敏;;脈沖發(fā)動機(jī)中軟質(zhì)隔層工作過程研究[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);2013年01期

相關(guān)會議論文 前6條

1 王淑玉;楊熙璇;趙麗濱;;先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室隔層靜動力及穩(wěn)定性分析[A];北京力學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2020年

2 晁國杰;樊瑋;;二氧化錳薄片修飾中空碳纖維做為隔層用于制備高性能鋰硫電池[A];中國化學(xué)會2017全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會摘要集——主題I：能源高分子[C];2017年

3 郭崇武;黎小陽;李小花;;重防腐型無氰鍍隔層結(jié)構(gòu)的開發(fā)研究[A];第十屆全國腐蝕大會摘要集[C];2019年

4 李傳華;陳勉;金衍;;層狀介質(zhì)水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)研究[A];巖石力學(xué)新進(jìn)展與西部開發(fā)中的巖土工程問題——中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會第七次學(xué)術(shù)大會論文集[C];2002年

5 邢凱;范瑞清;楊玉林;;多壁隔層配體安裝法構(gòu)筑高穩(wěn)定可再生的金屬有機(jī)框架材料[A];中國化學(xué)會第八屆全國配位化學(xué)會議論文集—口頭報(bào)告[C];2017年

6 文尚剛;;隔層傳爆序列可靠性評估試驗(yàn)方法研究[A];第八屆全國爆炸力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 李英;把“盲點(diǎn)”變成“甜點(diǎn)”[N];中國石化報(bào);2017年

2 媒體人 鄧海建;Boss直聘，致歉與真相終究隔層紙[N];企業(yè)家日報(bào);2017年

3 記者 朱蕓;滬克共建已取得較大成果[N];克拉瑪依日報(bào);2017年

4 岳才軒;廣東“隔層保障”縣以下基本財(cái)力[N];中國財(cái)經(jīng)報(bào);2011年

5 邢宇光;費(fèi)用性質(zhì)隔層“紙” 稅款相差千萬元[N];中國稅務(wù)報(bào);2016年

6 記者 唐璐;嘴上說得熱絡(luò),印美關(guān)系實(shí)際隔層皮[N];新華每日電訊;2012年

7 記者 吳鏑　張旭;隔層塑料膜 豁然兩重天[N];遼寧日報(bào);2010年

8 劉景泉 本報(bào)記者　 吳鏑;隔層塑料膜豁然兩重天[N];遼寧日報(bào);2006年

9 省人力資源和社會保障廳政策研究室主任 馬清友;體民情 聽民聲 盡職責(zé)[N];吉林日報(bào);2013年

10 史玉成;睡袋 溫暖舒適最重要[N];中國質(zhì)量報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 王福林;底水油藏底水錐進(jìn)及人工隔層穩(wěn)油控水機(jī)理研究[D];大慶石油學(xué)院;2010年

2 趙永敢;“上膜下秸”調(diào)控河套灌區(qū)鹽漬土水鹽運(yùn)移過程與機(jī)理[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2014年

3 金超武;高溫磁懸浮軸承若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

4 王瀚;水力壓裂垂直裂縫形態(tài)及縫高控制數(shù)值模擬研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 王素玲;低滲透油層水力壓裂三維裂縫數(shù)值模擬研究[D];大慶石油學(xué)院;2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳克識;碳基纖維隔層制備及其儲能功能研究[D];浙江理工大學(xué);2019年

2 張宏媛;基于CT技術(shù)秸稈隔層與亞表層培肥的水鹽調(diào)控機(jī)制研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

3 孟凱超;遼河盆地曙光潛山內(nèi)幕地層格架與儲隔層分布特征研究[D];東北石油大學(xué);2018年

4 董傳雷;分層應(yīng)力計(jì)算及其在衛(wèi)星油田的應(yīng)用[D];東北石油大學(xué);2018年

5 孫姍;隔層式雙脈沖固體火箭發(fā)動機(jī)點(diǎn)火工作特性研究[D];南京理工大學(xué);2018年

6 湯有富;空氣隔層結(jié)構(gòu)對水下爆炸能量及振動影響的研究[D];安徽理工大學(xué);2017年

7 劉雪峰;底水油藏人工隔層堵水技術(shù)研究[D];東北石油大學(xué);2011年

8 盧闖;玉米秸稈隔層對土壤溶液鹽濃度與離子運(yùn)動的影響[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2017年

9 陳銳;控縫高水力壓裂人工隔層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[D];西南石油大學(xué);2006年

10 王愛秀;鋰硫電池功能性隔層的設(shè)計(jì)制備及其電化學(xué)性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2017年

本文編號：2695101