检索结果-南通市图书馆

作者：赖彦良合肥工业大学

学位级别：硕士

锂离子电池是目前商业化最成熟的储能器件,但是其能量密度已逐渐不能适应现代社会的需要。具有更大能量密度的锂空气电池有望代替锂离子电池成为下一代储能电池,但是现有的锂空气电池的性能受催化剂体系限制还达不到实际应用的要求,寻... 详细信息

锂离子电池是目前商业化最成熟的储能器件,但是其能量密度已逐渐不能适应现代社会的需要。具有更大能量密度的锂空气电池有望代替锂离子电池成为下一代储能电池,但是现有的锂空气电池的性能受催化剂体系限制还达不到实际应用的要求,寻找高效的催化剂体系变得非常重要。钴基化合物具有良好的催化活性,通过先形成ZIF-67前驱体,可以结合多种后续处理路线构造出具有不同微观结构的Co基材料,并与其他材料复合,得到具有高效ORR和OER催化活性的双功能催化剂,所以本论文的研究内容包括:(1)为了利用CsPbBr的发光性能更直观的表征催化剂,设计了一种CsPbBr与Co基材料的复合催化剂。首先,将ZIF-67与三聚氰胺混合,再进行热处理,得到具有更大比表面积的Co纳米颗粒与氮掺杂碳纳米管复合材料(Co-NCNT)。并且,通过溶液原位生长,在Co-NCNT表面复合钙钛矿材料CsPbBr。用于电池中,电池在100 m A/g的电流密度下具有9826 m Ah/g的放电容量和32圈的循环寿命。(2)为了引入NiO提高Co基催化剂的性能,先将Co与N均匀混合后,加入二甲基咪唑(2-MIM),在Co与2-MIM配位的同时,将Ni包覆在其中,最后在空气中热处理得到NiO/CoO复合催化剂。并且,为了调控其微观形貌,还引入Na Cl作为模板,以一种简单的固相法,得到超细纳米颗粒的微观形貌。用于电池中,电池在100 m A/g的电流密度下具有6891 m Ah/g的放电容量和89圈的循环寿命。(3)为了结合Ti基催化剂的高循环稳定性,利用钛酸四丁酯的水解和热处理引入Ti基催化剂,再利用焦耳热的技术,将Ti基催化剂与ZIF-67复合,得到Ti-Co-N-C复合催化剂。用于电池中,电池在100 m A/g的电流密度下具有3578m Ah/g的放电容量和50圈的循环寿命。

关键词：锂空气电池钴基催化剂 Cs4PbBr6 过渡金属氧化物 Ti基催化剂

生物质衍生多孔碳基材料的构筑及其在锂硫电池中的应用

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生物质衍生多孔碳基材料的构筑及其在锂硫电池中的应用

作者：刘伟林合肥工业大学

学位级别：硕士

能源作为人类社会生产活动的基础,选择优质能源以及先进能源技术代替传统石油类不可再生能源,成为未来人类社会发展的必然趋势。电化学储能系统备受人们的关注,其中锂硫电池因其较高的理论比容量(1675 mAh g)和理论比能量(2600 Wh kg),... 详细信息

能源作为人类社会生产活动的基础,选择优质能源以及先进能源技术代替传统石油类不可再生能源,成为未来人类社会发展的必然趋势。电化学储能系统备受人们的关注,其中锂硫电池因其较高的理论比容量(1675 mAh g)和理论比能量(2600 Wh kg),有望成为继锂离子电池后的新一代可商业化应用的储能电池。锂硫电池体系中正极的活性物质(S)以及反应产物(LiS/LiS)的导电性差,需要具有良好导电性的物质作为其基底材料,提供电子传输通道。本论文以存储丰富并且具有独特结构的生物质材料为碳源,探究不同方法构筑的碳材料在锂硫电池中的应用。其中包括:1、利用葡萄糖培养繁殖的酵母作为碳源、KOH作为活化剂。探究不同碳化温度对材料结构、形貌的影响。结果表明,在800℃下制备得到的微孔片状碳材料(MPCS)具有超高的比表面积(2410 m g)。作为正极材料,在0.2C电流密度下首次放电比容量高达1502 mAh g。2、以藻类生物(紫菜)作为碳源、不同浓度KOH作为活化剂处理前驱体材料。结果表明,在2 M KOH、800℃高温下制备的碳材料具有蜂窝状多孔结构。独特的三维多孔结构碳材料作为硫的宿主材料,有利于离子传输和电解质的渗透,同时可以缓解充放电过程电池产生的体积膨胀效应。另外,在碳材料的基础上添加过渡金属氧化物,得到CoO修饰的蜂窝状分级多孔碳材料(CoO-HPC)。应用在锂硫电池正极中,在0.5C电流密度下首次放电比容量高达1215 mAh g,经过100圈充放电循环后容量仍保持655 mAh g,相比未修饰的HPC碳材料100圈循环后容量仅为542 mAh g有较大的提升。3、采用不同的活化方式处理具有孔道结构的紫薯制备多孔碳材料,研究活化剂种类和活化方法对材料形貌结构和电化学性能的影响。结果表明当KOH和Zn(OAC)·2HO的摩尔比为1:1时共同处理的碳材料具有蜂窝煤状结构,相比其他两种方式处理的碳材料其孔分布更加丰富。优质的结构对材料的性能影响至关重要,在锂硫电池中这种具有丰富孔结构的碳材料也相应的表现出优异的电化学性能。

关键词：锂硫电池生物质活化剂孔碳材料

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金属—空气电池钴基电催化剂的构筑及应用

金属—空气电池钴基电催化剂的构筑及应用

作者：唐德键合肥工业大学

学位级别：硕士

在电化学储能器件中,金属-空气电池以其超高的理论能量密度受到了广泛的关注,其ORR和OER催化反应动力学是电池取得性能突破的关键性因素。为此,科研人员积极探究各种高效催化剂来降低ORR/OER反应所需的极化电势,促进反应的快速进行。在... 详细信息

在电化学储能器件中,金属-空气电池以其超高的理论能量密度受到了广泛的关注,其ORR和OER催化反应动力学是电池取得性能突破的关键性因素。为此,科研人员积极探究各种高效催化剂来降低ORR/OER反应所需的极化电势,促进反应的快速进行。在本文中,我们也构筑了如Co/N-C、Co P和Co(1-x))S以及Ti(PO)(Co PO)等多种钴基催化剂,用以改善锂-空气和锌-空气电池的电化学性能。首先,我们基于ZIF-67衍生出了具有高催化活性的Co/N-C材料。实验以水为溶剂并添加N,N-二甲基乙醇胺调节溶液环境而捕获Co,利用配体交换可得到高产率和高结晶度的ZIF-67,高温碳化后的Co/N-C拥有大量的纳米级碳管结构,其酸洗产生的表面缺陷大大增强了催化活性,甚至优于Pt/C,在锂-空气电池中以100 m A g为电流密度、1000 m Ah g为截止比容量可工作50圈,在锌-空气电池中以10 m A cm为电流密度也可稳定循环近150 h。其次,我们基于复合材料ZIF-67@MWCNT,以次磷酸钠和硫代乙酰胺为磷源和硫源,分别利用气相反应和溶剂热进行磷化和硫化处理得到相应的复合产物Co P@MWCNT和Co(1-x))S@MWCNT,在锂-空气电池中100 m A g和1000 m Ah g的条件下分别可工作25和40圈,在锌-空气电池中10 m A cm下也能稳定循环75 h和100 h。最后,我们利用溶剂热法制备出了一种β相钛基磷酸盐Ti(PO)(HPO),利用N,N-二甲基乙醇胺/水的混合溶剂对其进行彻底溶解和剥离,Co交换后可再次沉淀析出得到含钴催化剂Ti(PO)(Co PO),我们将其与MWCNT原位复合以作为导电网络和结构支撑,经过250℃热处理的最终产物Ti Co PO-40-250在锂-空气电池中可工作25圈,在锌-空气电池中也能稳定循环95 h。

关键词：锂-空气电池锌-空气电池碳材料磷/硫化物磷酸盐

高性能复合材料的碳辅助合成及其快速储锂研究

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高性能复合材料的碳辅助合成及其快速储锂研究

作者：孙文卫合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着快充型锂离子电池需求的增加,研究人员致力于研发快速储锂电极材料。为了提高锂离子电池的快速储锂性能,本文通过碳辅助合成碳包覆的电极材料,提高了电极材料的倍率性能以及循环稳定性。首先,本文利用了葡萄糖作为碳源、DME... 详细信息

近年来,随着快充型锂离子电池需求的增加,研究人员致力于研发快速储锂电极材料。为了提高锂离子电池的快速储锂性能,本文通过碳辅助合成碳包覆的电极材料,提高了电极材料的倍率性能以及循环稳定性。首先,本文利用了葡萄糖作为碳源、DMEA为表面活性剂,同时两者作为双分子结构诱导剂获得层级纳米多孔的LiTi(PO)电极材料。在高温煅烧过程中,产生大量的Ti和氧缺陷的存在增加了LiTi(PO)的电子导电性。超薄石墨化碳层的包覆提高了LiTi(PO)的电子导电性,而且在循环过程中能够阻止电极材料和电解液的直接接触,增加了电极材料的稳定性。另外,包覆的碳材料在水热和高温煅烧的过程中能够阻止晶粒的长大和团聚。其次,本文使用了商业化的草酸铁为铁源,石墨烯粘结剂为碳源和粘结剂,经过简单的球磨,将草酸铁和石墨烯粘结剂混合,在200℃下5 h加热分解,原位合成了石墨烯包覆的无定型FeO电极片。FeO颗粒大小分布在10-30 nm,能够均匀的分散在石墨烯的片层间。包覆的石墨烯具有高的导电性以及堆叠起的三维空间结构,缓解了FeO/G在充放电过程中因体积膨胀导致的容量衰减,并提高了首次库伦效率。在2 A g的大倍率电流密度下,FeO/G的电化学性能仍然优于商业化的石墨电极材料。最后,本文使用了商业化的VO作为钒源,首先使用HO促进VO在去离子水中的溶解,然后加入LiOH以及石墨烯浆料混合干燥,低温250℃下保温10 h原位合成石墨烯包覆的LiVO/G-80电极片。LiVO/G-80颗粒大小分布在300 nm左右,且颗粒分布均匀,并未发现有团聚的现象。石墨烯具有高的导电性,以及堆叠起的三维空间结构,增加了LiVO/G-80初始容量以及倍率性能。在10 A g大电流密度充放电下,LiVO/G-80稳定性很好,经过3000次循环后的容量仍然可以稳定在150 mAh g。和商业化的LiTiO电极材料相比,具有容量高、电压平台低等优点,依然具有很大的优势。

关键词：锂离子电池碳包覆快速储锂长寿命

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锂-空气电池中原位电化学催化研究

锂-空气电池中原位电化学催化研究

作者：邢爱明合肥工业大学

学位级别：硕士

锂-空气电池具有超高的理论比能量密度(3600 Wh/kg),被视为下一代新能源储能器件,并受到了广泛的关注。但锂-空气电池缓慢的OER/ORR反应动力学,导致较大的极化以及较差的循环性能,至今未能商业化。主要原因之一是锂-空气电池在循环过程... 详细信息

锂-空气电池具有超高的理论比能量密度(3600 Wh/kg),被视为下一代新能源储能器件,并受到了广泛的关注。但锂-空气电池缓慢的OER/ORR反应动力学,导致较大的极化以及较差的循环性能,至今未能商业化。主要原因之一是锂-空气电池在循环过程中,放电产物LiO不能及时分解而在正极堆积,堵塞孔洞,最终导致电池失效。而催化剂的使用可以很好地打破这一瓶颈,提高OER/ORR动力学,提高锂-空气电池的循环寿命。在本论文,我们通过原位法制备新型催化剂来提高锂-空气电池的电化学性能。首先,我们使用Ru Cl添加的电解液并以锂电池为辅助,通过原位放电还原法制备纳米Ru作为锂-空气电池OER/ORR双功能催化剂。在50 m A/g的电流密度和500 m Ah/g的截止容量下,锂-空气电池可以稳定循环20圈,并具有极低的充放电过电位。另外,这种方法简单易行,安全可靠。其次,我们以碳纸(CP)为正极、1 M Li Cl O/DMSO为电解液、金属锂为负极组装锂离子电池,通过原位放电法对CP进行活化,并得到活化碳纸(ACCP)。ACCP作为锂-空气电池正极具有极低的OER/ORR过电位,在前7次循环中OER电位始终保持在3.5 V以下,ORR电位约2.75 V。另外,我们将ACCP应用到锂硫电池中,在0.3 m A/cm的电流密度下锂硫电池可以稳定循环30圈,仍具有较高的容量。最后,我们研究了DMEA作为双功能添加剂在Li Co O电池中的电化学性能,在Li PF电解液中加入0.5 wt%DMEA后,Li Co O电池表现出更加优秀的循环稳定性和容量保持率,比未加入DEMA的电池性能有较大提高。我们进一步将DMEA应用到锂-空气电池中,发现在1 M Li TFSI/TEGDME电解液中添加20 wt%DMEA后,锂-空气电池首次OER过电位仅为0.31 V,而且放电容量也有巨大的提高。

关键词：锂-空气电池原位催化纳米钌催化剂碳材料活化电解液添加剂

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三维层级结构电极材料的设计、制备及应用

三维层级结构电极材料的设计、制备及应用

作者：周宽合肥工业大学

学位级别：硕士

为了提高锂离子电池的能量密度和功率密度,在本文中,我们将具有纳米微米分级结构的混合导电网络引入到电极材料中。在我们的混合导电网络中,存在着大量的纳米多孔孔道,可以大大缩短锂离子的传输距离,利用这些纳米多孔孔道为基本结构单... 详细信息

为了提高锂离子电池的能量密度和功率密度,在本文中,我们将具有纳米微米分级结构的混合导电网络引入到电极材料中。在我们的混合导电网络中,存在着大量的纳米多孔孔道,可以大大缩短锂离子的传输距离,利用这些纳米多孔孔道为基本结构单元再与微米级别的导电网络相复合,最终得到了微米级别的三维多孔导电网络,从而实现锂离子和电子的快速输运。在此基础上,我们设计了三种具有三维多孔导电网络的电极材料:首先,我们利用廉价的三聚氰胺作为碳源和氮源,乙酸钴作为催化剂,通过简单的固相烧结法,制备出了一种氮掺杂的碳纳米管和石墨烯的三维杂化结构。该结构不仅可以实现碳纳米管和石墨烯功能的互补,同时氮掺杂和碳缺陷引入的大量介孔,可以有效缩短锂离子的传输距离和存储更多的活性物质。我们还发现,该材料中金属催化剂布满整个碳骨架,与氮掺杂形成协同的催化效应。当其作为锂硫电池正极材料时,在0.5C的倍率下,循环100次后,其容量还可以保持在800mAh g-1左右,其可逆容量要远高于算出来后的样品。相对于传统的CVD法,我们的固相制备法更加安全,可操作性强,效率高,经济实用。其次,我们利用柠檬酸盐和镁粉等作为原材料,通过简单的固相镁热还原的方法制备出了具有分层多孔结构的石墨烯基气溶胶,取代了石墨烯气溶胶制备过程中最常用,但费时、昂贵的冷冻干燥法。我们制备的石墨烯基气溶胶中,具有丰富的大孔和介孔,其孔道之间以碳纳米片相互互联成三维导电网络,可以实现锂离子和电子的快速传递。当用其作为锂硫电池正极材料时,可实现超高的载硫量(75 wt%)和取得优异的电化学性能(在0.5C的倍率下,200次循环后容量保持率为54%)。最后,我们首次采用一种无定形钛基聚合物与锂盐通过简单的高温固相烧结法,得到了氮掺杂碳修饰的多孔钛酸锂材料,同时引入了具有金属导电性的TiN,成功的改善了钛酸锂电子电导和离子电导率。相对于传统的固相烧结,我们的钛酸锂材料的容量保持率提高了一个数量级,在高倍率性能也要高出一倍以上。

关键词：三维电极导电网络多孔结构锂离子电池

Zn（Ⅱ）辅助构筑高效双功能电催化剂的研究

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Zn（Ⅱ）辅助构筑高效双功能电催化剂的研究

作者：岳粹玉合肥工业大学

学位级别：硕士

锌-空气电池具有安全、环保、能量密度高等诸多优势,被认为是未来电动汽车行业最有潜力的替代储能装置之一。开发低成本高效双功能电催化剂已成为推动锌-空气电池发展的主要引擎。然而,锌-空气电池的开放式结构和需氧本质严重限制了其... 详细信息

锌-空气电池具有安全、环保、能量密度高等诸多优势,被认为是未来电动汽车行业最有潜力的替代储能装置之一。开发低成本高效双功能电催化剂已成为推动锌-空气电池发展的主要引擎。然而,锌-空气电池的开放式结构和需氧本质严重限制了其多场景应用,如在水下或太空等缺氧/无氧场景下便无法维持工作。本文通过Zn(Ⅱ)辅助策略构筑了三种低成本高效碳基双功能电催化剂,并验证了它们在锌-空气电池或新型锌-双氧水电池中的应用。首先,针对现有催化剂难以支持锌-空气电池实现高功率的问题,利用DMEA诱导等多级调控策略合成ZnCo-NC-DMEA双功能电催化剂。最终产物展示出了优秀的双功能催化活性,基于其的锌-空气电池具有优异的循环稳定性、高功率性能(238 m W cm)和高比能量密度(950 Wh kg)。更重要的是,ZnCo-NC-DMEA驱动的新型锌-双氧水电池还表现出了超高的功率密度(442 m W cm)、比能量密度(966 Wh kg)以及水下工作的可行性。其次,针对催化剂难以实现规模化生产的问题,通过简单的固相研磨法在无溶剂条件下以Na Cl为模板合成了负载有Fe-N/FeC/N活性位点的碳基复合材料。作为电催化剂,Fe-NC-900/Na Cl无论是对ORR和OER进程(ΔE=0.67 V),还是在锌-空气电池中均表现出了优异的性能,将其与新型锌-双氧水电池结合,有望满足高功率水下储能器件在大电流密度下持续工作的需求。最后,针对二电子类催化剂活性较低的问题,通过在DMEA纯溶液中利用乙醇助溶作用结合热处理过程递进合成了Cu、Co双金属位点共掺杂的双功能电催化剂。ZnCoCu-C在ORR反应中不仅提供了可观的催化活性(E=0.87 V),而且具有环保催化生产双氧水的潜力。不但可以作为锌-空气电池经济实用的双功能电催化剂,而且可以提供锌-双氧水电池所需原料,促进新型锌-双氧水电池的发展。

关键词：锌-空气电池锌-双氧水电池电催化剂氧还原反应析氧反应

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钙钛矿太阳能电池MAPbI3薄膜的研究

钙钛矿太阳能电池MAPbI3薄膜的研究

作者：刘晓倩合肥工业大学

学位级别：硕士

随着社会的不断发展,经济的快速增长,对能源的需求量逐年增长,太阳能电池由于绿色环保可持续的特点,受到广泛的关注。自2009年MAPbI应用到太阳能电池中后,由于其成本低、制作工艺简单、光电转化效率高等优点,成为近年来的研究热点,而钙... 详细信息

随着社会的不断发展,经济的快速增长,对能源的需求量逐年增长,太阳能电池由于绿色环保可持续的特点,受到广泛的关注。自2009年MAPbI应用到太阳能电池中后,由于其成本低、制作工艺简单、光电转化效率高等优点,成为近年来的研究热点,而钙钛矿薄膜的质量是所有结构类型的电池性能提高的核心。本论文从制备工艺、修饰、掺杂等提高钙钛矿薄膜的质量,对器件性能、表面形貌、结晶性、光吸收等进行深入研究。主要研究内容和结果如下:(1)采用PbI(DMSO)的DMF溶液作为两步法前驱液,通过连续沉积法形成MAPbI的钙钛矿薄膜,电池的整体性能有较大的提升。钙钛矿薄膜均匀致密,无空洞,晶粒尺寸更大、晶粒间接触较好,无明显的缺陷,同时增强了对光的吸收。因此电池的光电转换效率、开路电压、短路电流密度分别提升到12.05%、1.06 V、21.5 mA/cm。(2)采用剥离的石墨相氮化碳(E-g-CN)颗粒修饰钙钛矿层,由于氢键作用,E-g-CN可以自发的吸附在钙钛矿晶界,有利于阻止空穴传输材料向钙钛矿层渗透。通过对E-g-CN添加浓度的优化,获得光电转换效率、填充因子、开路电压、短路电流密度分别提升到15.8%、0.62、1.1 V、23.2 mA/cm,相对参比电池提高了24%。钙钛矿/E-g-CN界面处空穴提取能力较强,复合较低,载流子寿命较长。(3)通过浸泡法,获得MA-FA掺杂的钙钛矿层,使电池的光电转化效率相对参比电池提高了25%,最高达到15.2%,开路电压、短路电流密度分别提升到1.02 V、23.5 mA/cm。此外,这种工艺还能够在开路电压不明显降低的情况下,显著提升短路电流。FA掺杂极大地改善了钙钛矿薄膜的结晶性和表面形貌,既有利于电子和空穴的传输,又对其禁带宽度有良好的调节作用。

关键词：钙钛矿太阳能电池表面形貌石墨相氮化碳修饰甲脒掺杂

碳基催化剂的原位制备及其在锂—空气电池中的应用

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碳基催化剂的原位制备及其在锂—空气电池中的应用

作者：陈玮合肥工业大学

学位级别：硕士

作为下一代储能设备,锂-空气电池因其超大的理论比能量(11400 Wh/kg)和理论比容量(3860 mAh/g)、环境友好、结构相对简单和低成本等优点已经成为学术研究人员的主要研究对象。然而,锂-空气电池依然存在一些重要科学问题阻碍其广泛商业... 详细信息

作为下一代储能设备,锂-空气电池因其超大的理论比能量(11400 Wh/kg)和理论比容量(3860 mAh/g)、环境友好、结构相对简单和低成本等优点已经成为学术研究人员的主要研究对象。然而,锂-空气电池依然存在一些重要科学问题阻碍其广泛商业化应用,其中电池充放电过电位高是锂-空气电池面临的主要问题,寻找催化活性优异、导电性高、比表面积大、孔隙分布均匀和成本低的正极催化剂是解决上述问题的主要途径,基于此,我们从经济效益和实用性角度出发,采用简单易行的方法原位制备碳基催化剂,得到最优的活化方法,并探索了不同碳材料以及活化后的碳材料对有机体系锂-空气电池的影响。本论文中,我们首先使用最基础的碳纸材料作为锂-空气电池正极材料,通过创新性结合锂离子电池充放电机理,利用锂离子电池放电过程中的嵌锂机制,破坏碳纸原始结构得到比表面积更大、活性位点更多的碳材料,有效提高碳纸的催化性能,再次应用到锂-空气电池正极上时可以得到循环性能相对优异,电池过电位明显降低的锂-空气电池。我们采用控制变量法对几乎无催化活性的碳纸进行了一系列锂化处理。处理方式分别为在不同电流倍率和不同放电深度下对碳纸进行锂离子放电,其中采用0.1 C的电流,0.01 V的放电深度对原始碳纸进行锂化处理可以获得相对最优异循环性能和相对最低的充放电过电位的锂-空气电池,在电流大小为0.03 mA,充放电区间为2.2-4.5 V,放电比容量截至为1 mAh的条件下进行锂-空气电池测试,其电池循环性能达13次,电池首次充放电电压区间低至2.7 V-3.49 V。其次,我们结合上一章中探究得到的最优化锂化处理方式,对CNT,自制Co-CNT,Graphene和Super P四种碳材料进行电化学处理,处理方式为0.1 C电流下锂离子放电至0.01 V,处理后的材料直接用于锂-空气电池测试。我们发现四种碳材料在未处理时锂-空气电池性能较差,锂化处理后的材料结构发生变化,催化活性增强,电池循环性能和电池过电位都有所改善,特别是在过电位上,四种碳材料充电过电位平均降低0.75 V。

关键词：电动汽车锂-空气电池催化剂锂离子嵌入机理碳材料

功能化CNT薄膜在锂硫电池中间层中的应用研究

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功能化CNT薄膜在锂硫电池中间层中的应用研究

作者：徐斌合肥工业大学

学位级别：硕士

随着社会的快速发展,传统能源正被大量消耗,与此同时也造成了大量环境污染,而能源是人类社会发展进步的必要基础,因此新型清洁能源发展迫在眉睫,新型可再生的能源发展势必将成为人类探索的重点。目前锂电池储能系统作为清洁能源正在被... 详细信息

随着社会的快速发展,传统能源正被大量消耗,与此同时也造成了大量环境污染,而能源是人类社会发展进步的必要基础,因此新型清洁能源发展迫在眉睫,新型可再生的能源发展势必将成为人类探索的重点。目前锂电池储能系统作为清洁能源正在被广泛研究,其中锂硫电池因其较高的理论比容量(1675 m Ah/g)和理论比能量(2600 Wh/kg)受到广泛关注。在锂硫电池体系中,由于中间放电产物可溶性多硫化物会自由穿梭并导致电解液变得粘稠,降低离子导电性以及放电容量,并且会破坏负极的固体电解质界面膜(SEI膜),因此需要在隔膜与硫正极之间加入中间层,来抑制多硫化物穿梭。本论文以碳纳米管(CNT)薄膜作为中间层基底材料,探究功能化CNT薄膜作为中间层在锂硫电池中的应用,其中包括:(1)用片状氧化石墨烯(GO)稀释液和CNT薄膜制备成中间层。探究GO在CNT薄膜上的负载量不同,对电池性能产生的影响。结果表明,中间层GO含量为4 wt%(25μg/cm)时,在0.5 C倍率下,循环300圈后其容量仍维持在600m Ah/g,并且从第50圈至第300圈可逆容量衰减很低且衰减率为8%。(2)用MXene/CoO复合材料和CNT薄膜制备成中间层。探究MXene/CoO-CNT薄膜作为中间层对锂硫电池性能的提升。结果表明,含MXene/CoO-CNT薄膜中间层的电池,在0.2 C下的初始容量为1569.5 m Ah/g,高于对照组的PP电池和CNT薄膜电池的初始放电容量1116.2 m Ah/g、1233.8 m Ah/g,并且在循环200圈后容量还有686 m Ah/g。(3)在CNT薄膜上负载金属W,利用焦耳热原理高温合成WC-CNT薄膜作为中间层。探究WC-CNT薄膜作为中间层对锂硫电池性能的提升。结果表明,含WC-CNT薄膜中间层的电池,在0.2 C下的初始容量为1319.4 m Ah/g明显高于无中间层电池的1116.2 m Ah/g。并且在0.5 C电流密度下,首圈放电容量高达1068.8m Ah/g。

关键词：锂硫电池碳纳米管薄膜多硫化物中间层