高性能、超微结构硫-碳电极的设计及其在碱金属-硫电池中的应用

基本信息
批准号:51372262
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:韩金铎
学科分类:
依托单位:中国科学院上海硅酸盐研究所
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:吴梅芬,靳俊,顾中华,邹晓易,徐孝和,迟晓伟
关键词:
锂硫电池超微结构最弱连接理论钠硫电池硫碳电极
结项摘要

With a theoretical capacity of 1675 mAh/g, natural abundance and low cost, element sulfur has been considered as one of the most promising alternative cathode materials for green transportation. However, due to the insulativity of sulfur, it can not be used as cathode directly. In terms of high corrosion resistance, high temperature tolerance, low thermal expansion coefficient and high conductivity performance, carbon materials have already been extensively applied as electrical auxiliary materials on alkalis - sulfur batteries. Meanwhile, there are still some persistent problems on sulfur/carbon (S/C) composite, such as, low sulfur loading ability and utilization capability; high resistivity; poor interface compatibility between electrolyte and S/C composite; deposition of corrosion products between sulfur/polysulfide and metal/electrode materials. To overcome these problems, in this research, many attempts will be made. 1) In view of the different carbon materials with superfine microstructure, such as carbon fibers, carbon nano-tubes, carbon spheres, porous carbon, as well as graphene, the sulfur loading ability and the conductivity of them will be improved by optimizing their surface state, active specific surface area, and the functional group numbers. 2) In terms of the math module established between the perfomance of battery and the parameters of different types of S/C composite, the critical factors that influenced the performance of battery will be elaborated. 3) On account of "the weakest link theory", the highly conductive and stress released S/C composite that have good interface compatibility with electrolyte,electrode and current collctor will be designed and fabricated to reduce the polarization and control the decay rate of battery. 4) Based on the relationship between the corrosion and the performance of battery, the surface coating and spraying process that inhibite the corrossion between sulfur/polysulfide and metal/electrode materials will be made to improve the service life of the battery.

硫的理论比容量达1675 mAh/g,储量丰富、价格低廉,是理想的正极材料。但因电导率低,不能用作电池电极材料。碳是一种好的导电辅助材料,与硫复合可用作碱金属-硫电池的正极。但存在1)固硫能力差;2)硫的利用率低;3)高电阻率;4)与电解质等接触界面相容性性差,应力大;5)硫及多硫化物对电极、金属的腐蚀产物沉积导致阻抗增加等问题。本项目将1)基于各种超微结构碳材料如碳纤维、碳管、碳球、石墨烯等,通过表面状态、活性比表面积、官能团数量等的优化控制提升其活性、强度和电导率。2)制作不同形式的硫碳电极,建立电池性能与其相关参数的数学模型,对影响电池充放电性能的关键因素进行阐明。3)基于最弱连接理论,设计制备与电极等界面兼容、应力可释放的硫碳复合电极,控制或消除电池劣化趋势和衰减速率。4)建立腐蚀速率与时间、电池性能等关系图,通过包覆、喷涂等工艺抑制硫及多硫化物对电极等的腐蚀,提高电池使用寿命。

项目摘要

硫的理论比容量达1675 mAh/g,储量丰富、价格低廉,是理想的正极材料。但因电导率低,不能用作电池电极材料。碳是一种好的导电辅助材料,与硫复合可用作碱金.属-硫电池的正极。但存在1)固硫能力差;2)硫的利用率低;3)高电阻率;4)与电解质等接触界面相容性性差,应力大;5)硫及多硫化物对电极、金属的腐蚀产物沉积导致阻抗增加等问题。本项目通过1)基于碳纤维/硅基材料等,通过表面状态、活性比表面积、官能团数量等的优化控制提升其活性、强度和电导率。2)制作不同形式的电极,建立电池性能与其相关参数的数学模型,对影响电池充放电性能的关键因素进行阐明。3)基于最弱连接理论,设计制备与电极等界面兼容、应力可释放的碳复合电极,控制或消除电池劣化趋势和衰减速率。4)建立腐蚀速率与时间、电池性能等关系图,通过包覆、喷涂等工艺抑制硫及多硫化物对电极等的腐蚀,提高电池使用寿命。同时,我们开展了5)无机氧化物作为硫正极添加剂和具有核壳结构的导电高分子基复合硫正极的相关研究,有效提高了硫正极的导电能力,抑制了多硫化锂在电解液中的溶解,缓冲了充放电过程中体积效应对电池性能的冲击,进而提高锂硫电池活性物质利用率、循环稳定性和库伦效率。6)通过导电高分子基功能性中间层的添加,一方面提高了电极和电解液的润湿性,降低电池极化;第二方面,阻挡放电中间产物多硫化锂在电解液中的溶解和迁移,降低穿梭效应对电池性能的影响;第三,功能性中间层的的添加也可以保护硫正极的结构稳定性,提高电池的循环稳定性。.

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
4

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020
5

基于非线性接触刚度的铰接/锁紧结构动力学建模方法

基于非线性接触刚度的铰接/锁紧结构动力学建模方法

DOI:10.19447/j.cnki.11-1773/v.2021.06.005
发表时间:2021

韩金铎的其他基金

批准号:51102269
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

基于固-固反应机制的硫电极及其在锂/硫电池中的应用

批准号:21603093
批准年份:2016
负责人:张文华
学科分类:B0905
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

球形核壳异质结构硫碳复合材料的设计及其在锂硫电池中的应用

批准号:51402330
批准年份:2014
负责人:靳俊
学科分类:E0205
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

新型非硫氧化还原电对的设计及其在量子点敏化太阳能电池中的应用

批准号:51402348
批准年份:2014
负责人:吴会觉
学科分类:E0207
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

新型"豆荚式"碳纳米花@碳纤维自支撑膜的设计制备及在高硫载量锂硫电池中的应用研究

批准号:51872208
批准年份:2018
负责人:陈锡安
学科分类:E0203
资助金额:60.00
项目类别:面上项目