【摘 要】
：
随着社会发展速度加快,电动汽车的发展和电子设备的需求日益增加,传统的锂离子电池因其理论容量和能量密度低已经逐渐不能够满足人类对电池的要求。锂硫（Li-S）电池因为它高的理论容量(1675 m Ah g–1)和能量密度(2600 Wh kg–1),来源广泛成本低廉且环境友好等优点,近年来受到研究人员的广泛关注,被认为是最有前景的储能器件之一。但是当前锂硫电池面临着诸多的问题,例如硫的低导电率问题、体
论文部分内容阅读
随着社会发展速度加快,电动汽车的发展和电子设备的需求日益增加,传统的锂离子电池因其理论容量和能量密度低已经逐渐不能够满足人类对电池的要求。锂硫（Li-S）电池因为它高的理论容量(1675 m Ah g–1)和能量密度(2600 Wh kg–1),来源广泛成本低廉且环境友好等优点,近年来受到研究人员的广泛关注,被认为是最有前景的储能器件之一。但是当前锂硫电池面临着诸多的问题,例如硫的低导电率问题、体积膨胀问题以及中间体溶出引起的穿梭效应等,都严重限制了锂硫电池在实际应用中的发展。本文立足于锂硫电池的穿梭效应、体积膨胀以及硫低导电性等问题,设计制备了兼具吸附锚定多硫化物与加快硫元素氧化还原动力学反应能力的双功能纳米LaCoO3颗粒材料,并通过采用隔膜修饰与正极表面涂覆层两种策略来提升锂硫电池性能。实验结果表明,该材料多样化的应用对锂硫电池电化学性能均有较为明显的提升,具体的研究内容如下:（1）通过溶胶-凝胶法制备了分散性较好的纳米LaCoO3颗粒材料,采用涂覆手段将材料均匀涂在商业PP隔膜上得到LaCoO3@PP双功能复合隔膜,该涂覆层具有离子筛特征。材料表征显示材料均匀分布于PP层表面,形成了稳定可靠的隔离层,利用材料本身的高离子亲和能力、出色的电催化能力以及对多硫化物的强极性作用力,一方面利用选择性离子筛允许锂离子顺利通过,一方面阻隔锚定多硫化物,并通过催化加速多硫化物氧化还原动力学过程加速多硫化物的转化以减少多硫化物渗透,通过吸附锚定与催化转化双重功能来抑制穿梭效应。事实证明该结构对电池性能具有明显的提升效果。在0.1C、0.2C、0.5C、1 C、2 C、3 C、4 C、5C(1 C=1675 m Ah g-1)的倍率下,LaCoO3@PP电池分别表现出了1444,1228,1068,934,792,797,760和759 m Ah g-1的高比容量,尤其是在大倍率条件下表现出了优异的稳定性。特别是,LaCoO3@PP电池在0.5C速率下也取得了优异的循环性能。经过300次循环后,电池的初始可逆容量由1093m Ah g-1下降到690m Ah g-1,容量保持率达到62.8%,平均衰减率为0.125%。即使在1C的高电流密度下,LaCoO3@PP电池仍保持高放电容量和长期循环稳定性,在1000次循环以上容量衰减率仅为0.057%。双功能纳米LaCoO3颗粒材料利用吸附锚定以及催化转化双功能协同作用,明显提升了锂硫电池性能。（2）通过溶胶-凝胶法制备得到均匀的LaCoO3纳米颗粒材料,并且创新性地采用旋转涂抹的手段将其涂覆在纯硫极片上,得到LaCoO3@S复合电极。该策略应用于锂硫电池,在倍率及循环稳定性上都有明显的提升,在0.1C、0.2C、0.5C、1 C、2 C、3 C、4 C(1 C=1675 m Ah g-1)的倍率下,分别达到了1431.4、1003.7、856.0、796.4、776.2、737.2、862.0 m Ah g-1的高放电比容量,在大倍率条件下表现出了相当好的稳定性。在1C下进行了900次循环后,单周衰减率仅为0.0617%每圈,库伦效率大于98.8%。结果显示,镧系钙钛矿材料本身作为双金属氧化物对多硫化物的强极性作用特性可以有效地吸附锚定多硫化物,同时,优异的催化能力加速多硫化物的氧化还原动力学过程,减少层间多硫化物的积累,有效减少多硫化物溶于电解液从而抑制穿梭效应。LaCoO3纳米颗粒材料双重功能的协同作用对电池性能有较为明显的提升,表明该策略确实行之有效,也为锂硫电池正极构造模式提供了新的思路。总之,本论文着眼于当下锂硫电池问题,以抑制穿梭效应、促进硫电极氧化还原动力学过程、提升硫元素导电性、遏制体积膨胀为出发点,设计制备双功能纳米LaCoO3材料,并应用于隔膜修饰以及正极载硫,通过物理约束、化学固定、催化转化来提升锂硫电池性能,为高性能锂硫电池储能体系的构建以及商业化应用提供了新思路。
其他文献
超级电容器（Supercapacitors,SCs）是一种介于二次电池和传统电容器之间的新型储能元件,因具有功率密度高,充放电时间短,环境友好等优点而受到广泛关注。然而,低的能量密度及较差的稳定性限制了SCs的大规模应用。通过正极和负极之间的合理匹配,组装的非对称超级电容器（Asymmetric supercapacitors,ASCs）可以显著拓宽器件的电压窗口,突破对称器件的储能限制。水系电解
人乳脂肪替代物是婴幼儿配方食品专用的功能油脂,可以为非母乳喂养的婴幼儿提供必需的营养和能量。目前市售婴幼儿配方奶粉中的人乳脂肪替代物存在脂肪酸组成和分布与人乳脂肪差异较大的问题,导致婴幼儿生长发育所需的营养和能量不足。本文采用巴沙鱼油硬脂、樟树籽仁油、亚麻籽油、微生物油和藻油五种油脂为原料油脂,通过酶法酯交换法构建制备脂肪酸组成和分布与人乳脂肪相似性高的人乳脂肪替代物,并优化了酶催化酯交换反应的脂
二氧化硫（SO2）是最常见的硫氧化物,它的过度排放造成了酸雨、臭氧层破坏等自然灾害,并且威胁着人类的健康,因此必须加强对SO2排放的控制。近年来,固体吸附法由于脱硫效率高、能耗低、不产生二次污染等优点成为一种最有发展前景的烟气脱硫方法。目前,活性炭、沸石、金属有机骨架、多孔聚合物等固体材料都被尝试用以吸附SO2。为了得到高效、可逆、高选择性的SO2吸附材料,本文分别通过物理负载和化学负载的方式往多
我国食品专用油脂的市场前景广阔,氢化油脂因其加工优越性在食品专用油脂中被广泛应用,但是氢化过程容易产生反式脂肪酸,对人类身体健康危害较大。目前市面上的食品专用油脂的组成多以长碳链饱和脂肪酸为主,长期过量食用富含长碳链油脂的食物会引发超重、肥胖、糖尿病和心血管疾病等代谢性疾病。此外,现有的大多数食品基料油存在亚油酸含量多,亚麻酸含量极少,亚油酸亚麻酸比例失衡等问题。因此,有必要开发具有低热量、营养性
甲壳素是一种天然、无毒和可再生多糖聚合物,含有丰富的N-乙酰基。甲壳素通过高温煅烧可使氮元素均匀地分布在碳环中,从而生成新型的N-掺杂甲壳素功能材料。因此,本论文在“碳中和”背景下,利用生物质化合物甲壳素分别制备氮掺杂磁性甲壳素碳球（NMCMs）和氮掺杂磁性多孔甲壳素二氧化钛碳球（NMCMs@TiO2）,并分别作为新型的吸附剂和光催化降解材料,实现对姜黄素高效吸附包埋和对污染物甲基橙（MO）的高效
氨（NH3）是重要的化学基础原料,制药工业、食品工业及基本化学工业等其他工业的发展都离不开氨产业这一重大支柱,氨在全球经济发展中发挥着不可替代的作用。现代合成氨技术依赖Haber-Bosch工艺利用氢气和氮气在高温高压条件下施加催化剂合成NH3,在合成氨驰放气过程中,仍有3%-6%的NH3与其他气体混合逃逸,这不仅造成氨资源浪费,也对环境产生一定的威胁,如部分PM2.5就是由于工业尾气中的NH3与
随着进入21世纪20年代,世界局势进入一个新的发展阶段。全球围绕能源的开发与竞争日渐激烈,以至于现在油价飙升,许多燃油车车主发出“95加满,倾家荡产”的无奈,这使得继续发展动力电池汽车成为了迫切需求。另一方面,随着3C电子设备的迅猛发展和未来智能化社会的需求,对便携式电池等储能设备的提出了更高的性能要求。因此,需要发展大容量、长续航、可快速充放电、安全廉价的电池以满足未来人们对储能设备的需求。锂硫
工业技术的不断发展使得能源需求显著增加,然而燃煤电厂等大量污染物的排放给当今社会带来严峻的环境问题。二氧化硫（SO2）是煤炭燃烧后排放的烟道气中的主要污染气体之一,能够在大气层与水汽结合形成酸雨,从而对生态环境和人类健康造成严重的威胁。此外,烟道气中痕量的二氧化硫（500-3000 ppm）也会导致催化剂中毒失活,不利于烟道气中C1资源的催化转化利用。因此,如何深度脱除烟道气中痕量的二氧化硫已经成
金属-有机框架（Metal-organic frameworks,简称MOFs）是由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位自组装构筑的一类晶态材料。MOFs具有丰富的拓扑结构、可调控的尺寸和孔道结构以及可功能化修饰等特点,其在化工、生物医药、能源、催化、气体吸附、能源储存等领域有着十分重要的应用。轻烃是重要的基础化工原料,其纯度直接影响下游加工过程及产品质量,针对结构及性质相近轻烃高选择性分离的难题
本文主要论述了两个工作:在双向体系中无金属催化条件下,以甲酸作为氢源催化果糖绿色合成5-甲基糠醛,果糖一锅两步法制备2,5-二甲基四氢呋喃。在此,我们首先报告了一种通过碘化物介导的转移氢化绿色合成5-甲基糠醛（5-MF）的强大催化系统。使用碘化钠作为催化剂,甲酸作为氢源和助催化剂,在7.5分钟内从D-果糖中产生了大约50%的5-甲基糠醛。该催化体系连续使用6个循环,产率没有任何下降。各种淀粉和生物