多功能碳基复合材料在高性能锂硫电池中的应用

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mbranger
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
为了加快建设资源节约型社会,国家大力提倡使用节能减排效果明显的新能源汽车。目前制约其发展的突出问题是电池的续航能力不足,而解决该问题的关键因素则是开发并利用能量密度更高的电极材料。以近些年使用率最高的锂离子电池(包括磷酸铁锂,钴酸锂,锰酸锂)为例,正极材料的理论容量不足极大地限制了电池的续航能力,所以研究出有更高比容量的正极材料对推动新能源汽车产业发展来说具有重要意义。研究表明,硫比容量高达1675 m Ah g-1,是当下最有潜力的正极材料之一。但是,硫的导电性极差,循环过程中会产生80%的体积变化,且在充放电中形成的多硫化锂(Li Ps)极易溶于有机电解液,从而导致穿梭效应,这些问题都严重阻碍了其商业化进程。为解决以上问题,本文通过静电纺丝等方法,设计制备了两种柔性自支撑复合材料,充分利用多孔碳纤维的导电性与其对Li Ps的物理限制作用,以及碳纤维外的Mo S2、V2O5对Li Ps的化学吸附作用,增强了锂硫电池的循环稳定性以及倍率性能。具体方法如下:(1)首先通过静电纺丝得到纳米纤维,之后利用氧化铁(Fe Ox)的催化作用,在高温碳化下得到导电性良好的石墨化碳纳米纤维,裁取合适大小后浸入含有硫脲和二水合钼酸钠的溶液中。经180℃水热24 h,待纤维表面生长出一定厚度且具有不规则纳米片花结构的二硫化钼(Mo S2),再通过稀硝酸去除Fe Ox使其成为石墨化多孔碳纤维(G-PCNFs),最后使用熔融法将硫粉物理限制于二硫化钼片花间隙及碳纳米纤维的多孔结构中,得到S/Mo S2@G-PCNFs。该复合结构中的多孔石墨碳纤维不但提高了正极的导电率,还能减缓硫在充放电过程中的体积变化,以及物理吸附可溶性的Li Ps。更重要的是,碳纤维外的Mo S2对Li Ps具有化学吸附作用,进一步地抑制了Li Ps造成的穿梭效应,使得活性材料硫的利用率得到有效提高。另外,该正极材料具有柔性自支撑结构,可以被裁剪为任意大小来用于性能测试。最后,我们观察到在0.1 C下的第一圈放电比容量是1386m Ah g-1。在1.0 C下,第一圈放电比容量为926 m Ah g-1,在500次充放电过程中平均衰退率仅是0.089%。(2)为了解决Mo S2对容量的无贡献,且会降低正极材料中硫的质量占比,将上个实验中得到的柔性多孔碳纤维通过水热法在纤维表面包覆一定量的V2O5纳米片,使用熔融法进行多孔结构的注硫。这样得到的复合结构中,V2O5本身是一种正极材料,放电过程中得到的硫代硫酸盐不但能与Li Ps产生很强的化学吸附作用,而且还能贡献一定的容量。
其他文献
酶是一类大分子生物催化剂,能够大幅度加快生命体内的化学反应速率,使得代谢产生的物质和能量满足生命体的需要。与非生物催化剂相比,生物酶的优越性主要体现在高催化效率、催化具有特异性以及价格较低等。但是,由于酶催化反应的复杂性,仅仅通过实验手段很难准确获得反应中间体和过渡态的结构以及各步反应的能量学信息。近年来,计算化学日益成为深入理解酶促反应机理和设计高活性催化剂的有力手段,其中,量子力学与分子力学(
随着社会经济和物流业的快速发展,面对客户需求体量急剧增加,一些企业可能在一个大城市内同时设有多个配送中心,大幅提高配送能力,保证对客户的有效交付;与此同时,一些客户也
坐标测量机(CMM)是面向任务的测量设备,多样性的测量任务与复杂性的误差使得难以合理准确的评定测量结果的不确定度。虚拟坐标测量机(VCMM)评定测量不确定度是一种有效快捷的
海洋生物污损是指海洋微生物、动植物在浸没的海洋设施表面附着、生长和积累形成的生物垢,它对海洋工业与开发造成严重影响。研制高效、环境友好海洋防污材料具有重要的经济
塑料污染问题已引起科学界和公众的普遍关注。研究微纳米塑料粒子在水环境的行为与毒理效应,对其生态风险评估具有重要意义。本文研究了不同水溶液条件(p H、溶解性有机碳、二
近几年,随着社会对节能需求的增加以及全球对能源危机的关注,开发低热导率的绝热材料至关重要。中空结构材料因其独特的空心结构在绝热领域具有巨大的应用潜能。由于内部存在
研究目的:通过对于湖北省中医院行肾穿刺活检术诊断为IgAN的63例患者的临床及病理资料的回顾性分析,探讨中医证候与IgAN的临床、肾脏病理之间的相关性,为肾脏疾病的中医证候客观化及采用中西医结合提供依据。研究方法:采用回顾性分析的研究方法,收集湖北省中医院肾病科2012年至2019年期间63例行肾活检术诊断为IgAN的患者病史、临床特征、病理资料及中医证候等资料。运用SPSS26.0软件对所获得的
现代工农业生产和医疗技术的迅猛发展,加剧了硝基芳香族化合物、金属离子及抗生素药物的使用,而不规范的操作和滥用致使污染物入侵水体,对生态系统造成严重危害。因此,寻求一种性能优异的材料来检测并同时去除水中的污染物,显得尤为迫切。通过共价键构筑的荧光多孔聚合物在气体存储与分离、化学检测和污染物去除等领域表现出巨大潜能。芘(Py)因其自身优异的光学性能及刚性结构在制备荧光多孔聚合物中发挥着重要作用,而具有
三维建模是计算机用于表示三维模型或三维场景的数字表示技术,它一直是计算机图形学的研究重点之一。伴随着社会的进步以及计算机硬件技术的快速发展,三维建模技术越发成熟,
随着计算机、网络通信和多媒体等技术的飞速发展,与之相关的各类多媒体应用也融入用户日常的工作与生活之中,例如,桌面共享、网络会议、游戏直播、网上购物、虚拟漫游等。为