【摘 要】
:
锂硫电池(LSB)具有高理论能量密度,且制备原料丰富、成本低廉、环境友好,是最有希望的下一代能量储存器件,但是在实际应用过程中存在硫及其还原产物导电性差、多硫化锂(Li PSs)溶解性带来的“穿梭效应”、硫体积膨胀等问题。为了解决上述问题,近年来纳米多孔炭材料已被用作硫载体制备LSB正极材料,但还面临制备成本高、硫负载率和导电性不理想等问题。本论文开发出一种成本低廉、工艺简单的方法制备蓬松状超薄壁
论文部分内容阅读
锂硫电池(LSB)具有高理论能量密度,且制备原料丰富、成本低廉、环境友好,是最有希望的下一代能量储存器件,但是在实际应用过程中存在硫及其还原产物导电性差、多硫化锂(Li PSs)溶解性带来的“穿梭效应”、硫体积膨胀等问题。为了解决上述问题,近年来纳米多孔炭材料已被用作硫载体制备LSB正极材料,但还面临制备成本高、硫负载率和导电性不理想等问题。本论文开发出一种成本低廉、工艺简单的方法制备蓬松状超薄壁多孔炭材料,并用其构建高性能的LSB正极材料。论文主要研究内容如下:以石油渣油为碳源,异丙醇铝为模板剂兼活化剂,通过直接热解石油渣油/异丙醇铝混合物制备了蓬松的超薄壁多孔炭材料(UWPC),并讨论了温度和时间对其形貌结构的影响。结果表明,石油渣油和异丙醇铝质量比1:1,1700℃保温2 h条件下的UWPC综合性能最佳,所制备的UWPC存在3.7 nm和7 nm的双介孔,并兼顾高比表面积(567.94 m~2/g)和高孔容(1.36 cm~3/g),且含有大量的2-3层的超薄壁石墨结构。通过硫脲对UWPC进行了氮硫共掺杂(N-S-UWPC)。结果表明,N-S-UWPC比UWPC展现出更优秀的电化学性能,这得益于N、S的掺杂改善了本身非极性的UWPC对极性Li PSs的捕获和催化能力,有效地抑制了Li PSs的扩散。N-S-UWPC@S复合材料(硫含量68.3%)在0.1C(1C=1675 m A/g)电流密度下,首次放电比容量为1128.71 m Ah/g,0.2C、0.5C、1C、2C、3C的可逆比容量分别为765.36、658.54、579.05、484.19、415.64 m Ah/g;1C首次放电比容量为578.39m Ah/g,循环300次后保持377.3 m Ah/g,且循环过程中放电平台比UWPC@S更稳定。使用硝酸钴和硫脲对UWPC进行了一步元素掺杂并负载Co S2,同时探讨了不同负载量对形貌结构、电化学性能的影响。结果表明,Co S2分散性良好,粒径为10-20 nm,在制备过程中由于Co金属的催化,提高了UWPC的石墨化程度。高浓度的Co S2负载量展现了更好的倍率性能和循环稳定性:在0.1C电流密度下首次放电比容量1324.74 m Ah/g,0.2C、0.5C、1C、2C、3C的可逆比容量分别为898.28、781.49、696.29、608.20、533.35 m Ah/g;1C首次放电比容量715.60 m Ah/g,300次循环后保持586.54 m Ah/g,容量保持率81.96%;对于Li PSs,Co S2展现了比杂原子掺杂更强的吸附和催化作用,同时能更高效地促进Li2S的沉积。
其他文献
古村落是千百年来中国小农经济发展背景下的历史遗产,集合了中国传统的农耕文化、民间习俗、地域特色等各类发展要素,是中华传统文化的集中体现之一。但是,随着当代的城镇化建设的快速推进,人们日益增长的物质条件需求与传统村落历史格局之间产生了大量的矛盾。越来越多的“农村新建筑”如雨后春笋般的快速发展,逐渐蔓延在古村落空间格局中的各个区域,不断吞噬着历史的遗迹。在党的十八大召开之后,国家开始重视古村落作为中华
直接乙醇燃料电池(Direct Ethanol Fuel Cells,DEFCs)因其能量来源清洁无害且理论能量密度高而成为极具商业应用可行性的储能设备。然而,实现高效乙醇催化氧化的关键在于催化剂的合理设计。众所周知,Pt在酸性燃料电池中具有其他催化剂优异的电化学活性。但在DEFCs中,Pt催化剂存在易被乙醇解离的中间产物吸附中毒以及高成本等问题。针对这些问题,本文构筑了Pt-金属氧化物-氮掺杂碳
信息通讯、电力、能源等领域的飞速发展,对钕铁硼永磁材料的性能和成本提出更高要求,为此人们开发了晶界扩散技术和纳米晶钕铁硼材料。通过晶界扩散技术,人们在烧结钕铁硼中实现了只需较少的Dy、Tb等重稀土使用量,就可以提升磁体矫顽力。但是现有的晶界扩散剂熔点高,扩散热处理温度高(≥700℃),会导致纳米晶粒的长大,无法应用于纳米晶钕铁硼永磁材料。本文以低熔点Dy3Ga97和Tb3Ga97合金为晶界扩散剂,
过渡金属二硫化物(TMDCs)MX2(M=Mo,W,Nb,Ta;X=Se,S)具有较为独特的力学、光学、化学、热学和电子性能,后过渡金属硫族化合物(PTMCs)Ga X(X=Se,S)亦具有较为独特的电子、传输和光学性能。PTMCs与TMDCs组合搭建层状纳米结构的异质结,可望带来更加优异的特性。本文构建二维垂直堆垛构型的层状Ga X/MX2异质结,并选择其中的六种异质结(Ga Se/Mo S2、
聚乙烯醇(PVA)海绵可生物降解,并以其吸水性、无毒、无污染等性能被广泛应用于生物医学等领域。但其自身吸水率较低,热稳定性差,力学性能不足等缺点阻碍了其进一步应用。因此,改善PVA海绵存在的性能缺陷,增加其应用范围具有重要的意义。基于此背景,本文首先提出将聚合物增强体材料——埃洛石纳米管(HNTs)引入聚乙烯醇海绵基体,利用埃洛石的特性,探讨其对基体各性能的影响。接着通过改性埃洛石和引入第三元组分
目前电解水凭借其反应过程简单且无有害气体排放的优势成为最有希望替代传统重整化石燃料的制氢手段。然而实现高效电解水制氢的关键在于开发高活性的析氢反应(HER)催化剂。其中Pt基催化剂具备极低的H*吸附自由能(ΔGH),被认为是促进HER过程的理想催化剂。但是,Pt基催化剂在酸性环境中难以平衡的H*吸脱附过程,在碱性和中性环境中迟钝的动力学以及Pt原子本身高昂的成本和稀缺的储量规模都是我们必须解决的问
随着工业化的发展,环境污染日益严峻,以工业污水为代表的环保问题严重影响了人们的正常生活,因此学者们在治理水污染领域进行了大量工作。在现有方法中,吸附法因安全、高效和成本低的特点颇受人们青睐,故而研发性价比高、制备与使用时不易造成二次污染的新型吸附剂也成为了一大研究热点。基于上述情况,本论文通过直接热解蔗糖/硫酸铝混合物制备了超薄壁多孔炭(UPC)。通过探究UPC最佳的制备工艺,提出了一种新型的多孔
与旧的储存能量的器件不同,柔性超级电容器在相同重量/体积下放出的电量更多,且放出电量的速度较快。聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)具有电导率高、热稳定性好、循环稳定性高和安全无毒等优点。本文首先采用化学氧化法,以棉线为基底,制备了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/棉线复合电极材料,并组装不对称超级电容器。为了制备电化学性能较好的PEDOT电极材料用于超级电容器的负极材料,将PEDOT与六棱柱状的六
过于迅速发展的工业化不可避免地产生大量的工业污染,如工业废水中的印染废水与重金属离子,这些工业污染在对环境造成不可逆转的损坏的同时,也对人体健康造成巨大威胁。吸附法是处理重金属离子和印染废水的常用方法,但开发高性能的吸附剂材料仍然是一个有挑战性的课题。本论文以开发高效、快速的重金属离子和染料废水吸附剂材料为目标,制备了新型二维材料Ti3C2TxMXene及其复合材料,评价了其对亚甲基蓝和铜离子的吸
Pd基催化剂在半氢化中有着广泛的应用,是重要的炔烃半加氢催化剂之一。本论文通过对Pd基催化剂的组成、表界面结构的研究,探索影响Pd基催化剂半氢化能力的因素,通过对催化剂进行表征,对催化机理等方面进行深入分析,探究影响催化性能的因素,明确催化剂的构效关系,提升Pd基催化剂对炔烃氢化的选择性,制备出催化活性高,选择性高,稳定性好的半氢化Pd基催化剂。主要研究结果如下:(1)催化剂的组成不同,其性能会发