【摘 要】
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地球上的生物质资源非常丰富,以生物质为原料制得的生物质炭具有传统活性炭的优点,且其原材料无污染,种类众多,实现了变废为宝、可持续发展的理念。近年来对生物质炭的研究越
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地球上的生物质资源非常丰富,以生物质为原料制得的生物质炭具有传统活性炭的优点,且其原材料无污染,种类众多,实现了变废为宝、可持续发展的理念。近年来对生物质炭的研究越来越多,其应用范围和使用量都在不断增加,在电池领域的应用也得到广泛关注。开发高性能的锂硫电池,要解决锂硫电池固有的问题,例如穿梭效应、反应中电极体积的变化和多硫化物的溶解等问题。生物质具有多种多样的结构和理化特性,为制备特定性能的生物质炭材料提供了丰富可选的碳源。由椰子壳为原料,通过炭化、活化和干燥等步骤,制得的多孔椰壳炭(CSC)具有丰富的微孔和介孔结构及高的比表面积,对其测试分析得出多孔椰壳炭的平均粒径为14.25 μm;其孔径主要分布在1~3 nm;大量微孔和介孔的存在增大了多孔椰壳炭的比表面积,其比表面积高达2160 m2 g-1,同时孔体积也达到0.68 cm3 g-1;多孔椰壳炭由典型的无定形碳的sp2杂化网格组成;微观形貌呈现出不规则的块状结构,主要由碳元素和氧元素组成,还含有少量的其他金属元素,如钠、钙、铜和镁等;灰分实验中测出多孔椰壳炭的灰分含量为8.33%;pH值为9.58;铁含量为8.69%;多孔椰壳炭对多硫化锂的吸附能力较强,起到了“分子海绵”的作用。通过熔化、渗透将硫封装进多孔椰壳炭的微孔和介孔中,形成复合材料,应用到锂硫电池正极中,表现出了优异的充放电容量和循环稳定性。在0.5 C和2.0 C的倍率下分别获得了 1599 mAhg-1 和1500 mAh g-1的高初始放电容量。在2.0 C的高倍率下进行400次循环后,仍然保持着517 mAhg-1 的高可逆容量。多孔椰壳炭丰富的孔结构对硫进行了封装和限制,一定程度上缓解了多硫化物的溶解和反应中体积的变化,提升了锂硫电池的性能。这一策略的成功为从丰富的生物资源中寻求锂硫电池所用的高性能生物质炭材料提供了借鉴。
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