多硫聚合物复合导电碳基体的形貌控制及其锂硫电池

基本信息
批准号:21703141
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:曾绍忠
学科分类:
依托单位:深圳技术大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:邹继兆,刘丽佳,金文武,姚跃超,涂文烜
关键词:
多孔碳多硫化锂溶解多硫聚合物正极材料碳硫复合材料
结项摘要

Lithium-sulfur batteries are among the most promising energy storage technologies owing to their high energy density (up to 2600 Wh/kg) and favorable comprehensive performance. However, lithium-sulfur batteries mainly suffer from two problems. One is the extremely low electronic conductivity of sulfur and the products of discharge, the other is the dissolution of lithium polysulfides and the shuttling effect of polysulfides. One of the most widely adopted approaches to address the two issues is the physical encapsulation of elemental sulfur within porous carbon. The high conductivity of the porous carbon and the physical adsorption between the pores and lithium polysulfides could partially overcome the two problems of lithium-sulfur batteries. Owing to the weak adsorption of the polar lithium polysulfides on the nonpolar carbon surface, this approach could not fully inhibit the dissolution of lithium polysulfides. To solve this problem, this project designs an in-situ synthesis of polysulfide polymers within the pores of porous carbon. The lithium intercalation product of polysulfide polymers provides anchoring sites for chemically binding the lithium polysulfides. This strong adsorption and the physical adsorption of the pores provide a twofold adsorption to the lithium polysulfides, which could effectively inhibit the dissolution of lithium polysulfides and improve the performances of lithium-sulfur batteries. Because the conductivity of cathode materials plays an important role in the performances of lithium-sulfur batteries and it is closely related to their morphologies, porous carbon with spherical, tubular, flaky and three-dimensional coiled morphologies will be selected as carrier for polysulfide polymers. The successful synthesis of the composites with corresponding morphologies will demonstrate that this method simplifies the morphology control of polysulfide polymers to the morphology control of porous carbon. Supported by numerous studies on the morphology control of porous carbon, this design has wide options and significant research values.

锂硫电池以高能量密度(高达2600 Wh/kg)和良好的综合性能而成为最有前景的储能技术之一。然而,锂硫电池面临两个最主要的问题:一、硫及其放电产物的高度绝缘性;二、多硫化锂的溶解及其穿梭效应。以往最常采用的方案是利用多孔碳负载硫,多孔碳的高导电性及其孔道对多硫化锂的吸附作用能有效缓解锂硫电池的上述问题。但是,非极性的多孔碳对极性的多硫化锂吸附力弱,难以完全抑制多硫化锂的溶解。针对该科学问题,本项目拟在多孔碳的孔道中原位合成多硫聚合物,利用该聚合物的嵌锂产物对多硫化锂的强吸附作用再加上多孔碳的吸附作用,可有效抑制多硫化锂的溶解并改善锂硫电池的性能。由于导电性也影响锂硫电池材料的性能,而材料的导电性与形貌有关,本项目拟选用球状、管状、片状和三维线团状的多孔碳负载多硫聚合物,合成相应形貌的复合材料,将多硫聚合物的形貌控制简化成多孔碳的形貌控制,而后者已有大量成果可供选择,具有重要的研究价值。

项目摘要

目前,锂硫电池面临两个最主要的问题:一、硫及其放电产物的高度绝缘性;二、多硫化锂的溶解及其穿梭效应。以往最常采用的方案是利用多孔碳负载硫,多孔碳的高导电性及其孔道对多硫化锂的吸附作用能有效缓解上述问题。但是,非极性的多孔碳与极性的多硫化锂之间的吸附能低,难以完全抑制多硫化锂的溶解。本项目引入多硫聚合物,通过多硫聚合物对多硫化锂的强吸附作用来抑制多硫化锂的溶解,项目实施分为两个方面,一方面制备和合成新形貌的碳材料,并调控碳材料的孔结构和表面极性;另一方面,在所得碳材料中原位聚合形成多硫聚合物,总体形貌依旧保持原始碳材料的形貌。.采用简便的工艺及商业化原料一步反应合成了聚合物纳米带线团,碳化后再用CO2活化转变为三维碳纳米带线团(CsCNBs),研究了CsCNBs负载单质硫和多硫聚合物的性能,进一步优化孔结构和多硫聚合物的含量,最优化的复合材料在最高15C的倍率下比容量依然高达796mAh/g。.采用KOH活化法合成了亲水CsCNBs,并研究了其在锂硫电池及超级电容器中的应用。相比CO2活化制备的CsCNBs,KOH活化制备的CsCNBs对多硫化锂展现出较强的吸附能力,即使在4C的高电流密度下,其初始比容量也高达621mAh/g,并且1000次循环的衰减率仅为0.039%每个循环。所得CsCNBs的比电容在0.5A/g的电流密度下高达327.5F/g。更进一步,采用四氟硼酸四乙基铵的乙腈溶液做电解液,组装成对称超级电容器,在功率密度为345W/kg的电流密度下其能量密度高达29.8Wh/kg。.鉴于纳米带线团具有优异可压缩性,将其包覆在SiO颗粒的表面,可有效改善SiO负极材料的循环稳定性,包覆后的样品循环100次后,比容量保持率为104%,远高于未包覆样品的36%。.上述结果证明CsCNBs在锂硫电池和硅碳负极材料方面具有较大的理论研究价值和实用价值。

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

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
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
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

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

DOI:
发表时间:2018
5

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

曾绍忠的其他基金

相似国自然基金

1

锂硫电池用硫-导电钒基化合物/碳复合物的构筑及其机理研究

批准号:21706171
批准年份:2017
负责人:陈良
学科分类:B0809
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
2

硫微孔的限域效应及锂硫电池用碳/硫复合电极材料

批准号:51172239
批准年份:2011
负责人:李峰
学科分类:E0203
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
3

锂硫电池中硫/碳复合材料退化机理的质谱学研究

批准号:51472261
批准年份:2014
负责人:钱荣
学科分类:E0205
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
4

介孔碳/硫复合锂-硫电池正极材料与电化学性能

批准号:51472148
批准年份:2014
负责人:尹龙卫
学科分类:E0205
资助金额:88.00
项目类别:面上项目