硒化钼及其复合材料在锂硫电池中的应用

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随着科技社会的蓬勃发展和日新月异的进步,能源消耗越来越大,人类对于能源的需求也在不断增长,特别是高效清洁的电能。如今,电能的使用范围越来越广泛,小到电灯、遥控器、玩具赛车;大到汽车、船舶、航空航天。二次电池作为一种可以便捷高效地对能源进行存储的设备,一直以来都受到社会各方人士的关注,比如已经发展的较为成熟的铅酸电池以及目前市场上主要应用的锂离子电池等。尽管已经大规模投入使用,但仍然存在比容量较低、环境危害、安全性与成本等各种问题。与此相比锂硫电池具有绝对的容量优势和能量密度优势,并且硫单质在地球中的储量相当丰富,这使得锂硫电池的正极成本降低。除此之外,硫正极还具有对环境污染小的优点,因此,锂硫电池可以说是21世纪二次电池体系中最被研究者们看好的电池之一。本文以具有层状结构的纳米材料二硒化钼为研究对象,通过引入空位缺陷与掺杂元素等方法对硒化钼进行了改性,研究了硒化钼及其复合材料对锂硫电池充放电性能的影响,主要研究内容如下:1、硒化钼(MoSe2)粉末材料和硒化钼负载三聚氰胺泡沫(CF@MoSe2)通过同样的水热反应制得。将制备好的粉体材料与泡沫材料进行退火处理,提高结晶性的同时烧去部分硒粉,得到富含缺陷的MoSe2。将其共同应用于组装锂硫电池,包括正极修饰与夹层引入。经过退火处理得到的富含Se空位缺陷的MoSe2具有良好的催化活性,能更好地对多硫化物(LiPSs)进行催化转换,抑制穿梭效应的发生,提高硫的利用率。所制备的MoSe2-CF@MoSe2双修饰电池结构在低载量下的循环性能表现为1 C下962 mAh g-1的初始比容量以及5 C下668 mAh g-1的倍率性能。在高硫载量5.1 mg cm-2的情况下也能表现出5.05 mAh cm-2的面积容量。2、采用水热法将MoSe2生长于三聚氰胺泡沫(CF)上,通过随后的高温处理对CF@MoSe2进行碲掺杂,制备成泡沫负载的碲掺杂硒化钼(CF@Te-MoSe2)。将制备而成的CF@Te-MoSe2复合材料作为锂硫电池的多功能夹层。经过Te掺杂对MoSe2的电子结构进行调节,提高MoSe2的催化活性。此外,当电池被封装时,CF@Te-MoSe2复合材料变成了碎片结构,该结构不仅缓冲了体积膨胀,而且能吸附和催化碎片结构之间的LiPSs。基于CF@Te-MoSe2夹层的电池具有良好的倍率性能(在5 C时为631 mAh g-1)和较大的面积容量(在6.3 mg cm-2的高硫载量下为5.7 mAh cm-2)。
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