生物質(zhì)基氮摻雜層次孔炭-硫復(fù)合物的創(chuàng)制及鋰硫電池性能.pdf

1、分類號：密級：學(xué)校代碼：10165學(xué)號：201311000871遣掌研花犬學(xué)碩士學(xué)位論文⑨生物質(zhì)基氮摻雜層次孔炭／硫復(fù)合物的創(chuàng)制及鋰硫電池性能作者姓名：學(xué)科、專業(yè)：研究方向：導(dǎo)師姓名：呂思遠化學(xué)、無機化學(xué)無機材料化學(xué)曲江英副教授20l6年4月生物質(zhì)基氮摻雜層次孔炭／硫復(fù)合物的創(chuàng)制及鋰硫電池性能摘要多孔炭具有比表面積大、穩(wěn)定性強、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好等優(yōu)異性能，作為一種理想的電極材料在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷得以開發(fā)。本文分別以含氮前驅(qū)體多巴胺和蝦

2、殼為碳源，采用硬模板法協(xié)同化學(xué)活化法成功制各出系列層次孔炭，再通過熔融法與硫復(fù)合得到不同硫含量的孔炭／硫復(fù)合物。采用多種技術(shù)手段對所得材料的形貌和結(jié)構(gòu)進行表征，并考察其作為鋰硫電池電極材料的電化學(xué)性能。主要結(jié)論如下：1、以多巴胺兼作碳源和氮源，聚苯乙烯(PS)微球為模板劑制備出富氮層次孔炭殼(HPCs)，其孔徑主要分布在14、30及200nnl，孔體積為1445cm3f1，比表面積為365m2蛋1。HPCs與硫復(fù)合得到的多孔炭／硫復(fù)合物

3、(HPCs／S)，經(jīng)聚苯胺包覆得到高導(dǎo)電性的多孔炭／硫／聚苯胺復(fù)合物(HPCs／S／PANI)。在鋰硫電池性能測試中，當(dāng)硫的質(zhì)量含量達到60％時，HPCs／S首次放電比容量達1066mAh蛋1，可歸因于氮與層次孔的協(xié)同作用增加材料對硫／多硫化物的吸附性。HPCs／S60的電導(dǎo)率為0325Sm～，包裹聚苯胺后的HPCs／S／PANI電導(dǎo)率提高到0433Sm～，說明導(dǎo)電聚苯胺可提高缺陷孔炭的導(dǎo)電性，加快Li嵌入和脫嵌速率。所得HPCs／S／

4、PANI的倍率性能(1005000mA百1)和循環(huán)穩(wěn)定性(500mAg_)均優(yōu)于HPCs／S。2、以生物質(zhì)蝦殼為碳源和氮源、內(nèi)含天然無機CaC03為硬模板劑，通過選擇性除去硬模板劑，輔以KOH為活化劑的方法，原位制備系列摻氮多孔炭。所得多孔炭包括微孔炭、微介孔炭、介孔炭，其孔徑分布分別為053、084～388、512衄，孔體積分別為0822、0853和1025em391，氮含量分別為363、258、667％。所得樣品的孔徑和氮含量對其鋰

5、硫電池比容量值和循環(huán)性能影響顯著。當(dāng)固定硫含量為63％時，樣品在100mA分1下放電容量值的順序為：微介孔炭(920mAhf1)介孔炭(745mAh酉1)微孔炭(738mAh百1)：樣品在500mAg‘1下循環(huán)100次穩(wěn)定性順序為：介孔炭(90％)微一介孔炭(82％)微孔炭(78％)。上述結(jié)果說明兼具小孔和大孔結(jié)構(gòu)的微介孔炭因具有適宜的孔體積和比表面積可最大程度的限制多硫化物的溶解，提高材料的比容量值；兼具大孔徑和高氮含量的介孔炭利于多