【摘 要】
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作为当今最具前景的电化学储能体系,锂硫电池的最大优势是具有高达1675 mAh g-1的理论比容量,和高达2500 Wh kg-1的理论能量。同时硫在自然界中储量丰富,且价格低廉。但是,在锂硫电池的商业化应用中还面临着许多问题。比如硫的导电率低、硫在充放电过程中的体积膨胀和多硫化物在循环过程中的飞梭效应等。为了弥补以上缺陷,常见的解决方法是将硫与导电聚合物或多孔碳复合,提升材料导电性,或引入具有较
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作为当今最具前景的电化学储能体系,锂硫电池的最大优势是具有高达1675 mAh g-1的理论比容量,和高达2500 Wh kg-1的理论能量。同时硫在自然界中储量丰富,且价格低廉。但是,在锂硫电池的商业化应用中还面临着许多问题。比如硫的导电率低、硫在充放电过程中的体积膨胀和多硫化物在循环过程中的飞梭效应等。为了弥补以上缺陷,常见的解决方法是将硫与导电聚合物或多孔碳复合,提升材料导电性,或引入具有较强极性的化合物(如金属氧化物、硫化物、氢氧化物等),抑制飞梭效应。本文制备了一种导电聚合物包覆金属氧化物的复合材料作为锂硫电池中硫的负载基体。利用导电聚合物提升正极材料的导电性,同时利用金属氧化物吸附多硫化物,抑制飞梭效应的发生。获得的结论如下:(1)首先采用水热法制备了粒径均匀的Fe3O4纳米微球。利用盐酸刻蚀Fe3O4过程中产生Fe3+,催化吡咯在Fe3O4表面聚合,通过控制盐酸浓度和刻蚀时间形成了 Fe3O4@PPy复合材料。Fe3O4@PPy复合材料保持了 Fe3O4的球型结构,其多孔结构有利于硫的负载。所制备的Fe3O4@PPy/S复合材料的含硫量为56%,仍然保持了球形结构。通过电化学测试可知Fe3O4@PPy/S复合正极在1C倍率下的初始容量为529.4 mAh g-1,300圈后的容量为388.1 mAh g-1,容量保留率为73.4%,且每圈容量衰减为0.089%。(2)文献报道,双金属氧化物相对于单金属氧化物而言通常表现出更好的导电性,并且对多硫化物具有更好的吸附效果。据此,为了提升复合材料的电化学性能,制备了粒径均匀的CoFe2O4纳米微球,利用盐酸刻蚀CoFe2O4过程中产生的Fe3+,催化吡咯在CoFe2O4表面聚合。通过控制盐酸浓度和刻蚀时间形成了CoFe2O4@PPy复合材料。CoFe2O4@PPy复合材料保持了 CoFe2O4的球型结构,其多孔结构有利于硫的负载。所制备的CoFe2O4@PPy/S复合材料的含硫量为56%,仍然保持了球形结构。通过电化学阻抗测试可知CoFe2O4@PPy/S复合正极相比于Fe3O4@PPy/S,具有更低的电化学阻抗,并且其表现出更优异的电化学性能。在1C的电流密度下,首圈容量为566.3 mAh g-1,经过长达300圈的循环之后仍能保持506.8 mAh g-1,容量保留率高达89.5%,且每圈容量衰减为0.035%。
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