【摘 要】
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了解海洋、开发海洋是海洋强国战略的重要前提,船舶和水下探测设备等是海上作业的重要载体。化石燃料日趋紧张且会产生大量油污水和有害气体及颗粒物,对水域生态环境造成严重影响。因此,新能源尤其是化学电源的开发与利用对于未来海洋探测的发展至关重要。面向海洋环境应用的电池,需要满足海洋特殊环境的长时间供能需求。因此,高能量密度、长寿命与高安全性成为未来海洋用电池的重要前提。目前广泛应用的锂离子电池受到正极材料
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了解海洋、开发海洋是海洋强国战略的重要前提,船舶和水下探测设备等是海上作业的重要载体。化石燃料日趋紧张且会产生大量油污水和有害气体及颗粒物,对水域生态环境造成严重影响。因此,新能源尤其是化学电源的开发与利用对于未来海洋探测的发展至关重要。面向海洋环境应用的电池,需要满足海洋特殊环境的长时间供能需求。因此,高能量密度、长寿命与高安全性成为未来海洋用电池的重要前提。目前广泛应用的锂离子电池受到正极材料理论比容量限制,其能量密度无法满足海洋中长时间探测的需求。锂硫电池具有高达2600 Wh kg-1的理论能量密度,远高于现有锂离子电池,且正极活性物质硫来源广泛、成本低。因此,锂硫电池是未来海洋开发用电源的良好选择。但锂硫电池放电中间产物多硫化物的穿梭导致电池容量迅速衰减,循环寿命降低,严重限制了锂硫电池的实际应用。如何有效限制穿梭效应,是促进锂硫电池大规模应用的关键。本文从海洋功能材料硅藻土的资源化利用出发,基于硅藻土优异的吸附作用和表面丰富的羟基官能团,以功能导向设计了具有吸附/催化特性的硅藻土基锂硫电池复合中间层,通过对中间层结构、导电性以及表面吸附/催化位点的调控,提出锂硫电池双功能中间层的构建策略。（1）系统考察了海洋功能材料硅藻土的吸附特性,其对重金属离子以及有机污染物均具有良好的吸附性能,对重金属离子的吸附容量最高达到138.77 mg g-1,对各种有机类污染物的吸附量也达到自重的1.76～5.19倍,硅藻土优异的吸附特性使其在锂硫电池中具有良好的应用前景,是构建高性能中间层以及降低穿梭效应的重要选择。同时,对常见海洋污染物的优异吸附性能显示出其在海洋环境污染治理领域的重要潜力。（2）以硅藻土为基体,制备了硅藻土/MXene复合材料,有效解决了 MXene片层容易堆叠和硅藻土导电性差的问题,充分发挥MXene对多硫化物的催化活性和硅藻土的化学吸附特性,获得了兼具吸附/催化协同效应的复合中间层材料。作为锂硫电池中间层,有效缓解多硫化物的穿梭。所构建的锂硫电池表现出优异的循环性能,在1.0 C倍率下稳定循环1000圈,且每圈的容量衰减率仅为0.059%。
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