隨著人類社會的不斷發(fā)展,化石能源的消耗問題備受關注。電子設備的廣泛使用使得人們對儲能電池的需求量日益劇增,同時對其性能要求也越來越苛刻�？蒲腥藛T一方面尋找更高比容量的電極材料來提高能量密度,另一方面開發(fā)新的電池體系用以解決過度依賴鋰資源造成的高成本問題。如今,鋰離子電池已經(jīng)被廣泛應用在現(xiàn)代便攜式設備中,但由于鋰資源存儲有限和高成本問題使其難以大規(guī)模使用在儲能器件中。然而,鋰硫電池（Li-S Battery）因具有高比容量（1675 mAh·g-1）和高能量密度（2600 Wh·kg-1,鋰硫電池是鋰高子電池（≈360Wh·kg-1）的7倍左右）等優(yōu)點。且單質硫（正極活性物質）無毒,成本低,天然豐富等優(yōu)勢,在電動汽車、無人機等其他儲能領域具有廣闊前景。但其存在電極導電性差,多硫化物在電解質中溶解,充放電過程中體積變化大等問題。因此本文制備了 Fe基MOFs及其衍生金屬氧化物用于鋰硫電池正極,并針對其較弱的導電性作了改性,研究了其結構形貌及電化學性能。具體工作內容如下:（1）以對苯二甲酸（C8H604）和六水合三氯化鐵（FeCl3·6H2O）為原料,通過溶劑熱法制備Fe基MOFs材料MOF... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰硫電池整體反應遵循放電過程Li和S的結合形成Li2S/Li2S2,逆向進行充電過程[8]

因活性炭的高比表面積和強吸附能力。Lai等人[28]采用比表面積為1472.9 m2·g-1的高孔隙度碳(HPC;highly porous carbon)材料作為導電基質和硫極材料的吸附劑。通過對硫和HPC的混合物進行熱處理,硫嵌入到HPC的孔中制得硫/HPC復合材料,測試結果表明,在40 mA·g-1的電流密度下,復合材料的首放比容量為1155 mAh·g-1,循環(huán)110周后,容量仍保持在770 mAh·g-1。HPC的電導率在提高含硫復合陰極的容量和循環(huán)穩(wěn)定性方面起著關鍵作用。硫陰極涂有導電聚合物。Wang等[29]制得新型多核殼-導電網(wǎng)絡結構的C-PANI-S@PANI復合材料(如圖1-3所示),載硫量為87%。電化學測試表明,該復合材料具有較高的放電比容量(1101 mAh·g-1),100次循環(huán)后放電比容量為835 mAh·g-1。由于C-PANI的特殊微觀結構,S@PANI復合材料的電導率明顯增強,并有效地防止了多硫化鋰的擴散。此外,納米微結構C-PANI–S@PANI復合材料具有較高的堆積密度和體積能密度,因此可用于高比能量鋰硫電池的制備。Wang等[30]先制備了以聚甲基苯烯酸酯小球為模板的空心碳化聚吡咯(PPy)球,再將PPy球和硫在一定條件下制得復合陰極材料。通過掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)的觀察結果表明,碳化的PPy球的中空結構以及硫在碳化的PPy殼上均勻分布。中空球形碳化PPy/S含量為60.9 wt%(質量分數(shù))。中空球形碳化PPy/S復合材料用作鋰硫電池正極材料時,其初始比放電容量高達1320 mAh·g-1,在0.2 C下400次循環(huán)后放電比容量為758 mAh·g-1,出色的電化學性能得益于碳化PPy球的中空結構和柔性外殼。

(2)納米氧化物作為硫陰極添加劑。在此,Yao等[31](如圖1-4所示)制備HC-TiO2/S復合位點,它對鋰硫電池具有多層保護作用。中空碳球提供大的孔體積,既能存儲硫和多硫化物,又能緩解硫的體積變化。由于Ti O2和多硫化物(Ti-S)之間的物化相互作用力,在碳球穿梭的Ti O2可以固定硫和碳空心球內部或外部的多硫化物中間體�；贖C-TiO2/S電極的鋰硫電池的硫負載量為67%。Wu等[32]使用剛果紅(CR)吸附和原位熱還原法獲得γ-Al2O3@C卵黃殼微球修飾的硫陰極。得益于獨特的蛋黃殼結構,γ-Al2O3@C蛋黃殼微球具有以下優(yōu)勢:1)這種蛋黃殼結構可以束縛多硫化物。2)γ-Al2O3@C的大的孔隙既能限制循環(huán)過程的膨脹體積,又能提高硫的利用率。3)C和γ-Al2O3之間有協(xié)同作用。得到的γ-Al2O3@C卵黃殼微球電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能和長循環(huán)穩(wěn)定性。γ-Al2O3@C卵黃殼微球電極可能為下一代電池開拓新的研究前景。圖1-4制備HC-TiO2/S復合材料的程序示意圖[31]

【參考文獻】：
期刊論文
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