2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、隨著便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、大規(guī)模智能電網(wǎng)的快速發(fā)展,人們對(duì)高能量密度儲(chǔ)能器件的需求日益增加。鋰-硫電池(Li-S)因其具有大的理論能量密度(2600W h kg-1)和高的硫理論比容量(1675mA h g-1),將有望成為下一代有前途的高能存儲(chǔ)器件。此外,硫的儲(chǔ)量豐富、成本廉價(jià)、無(wú)毒且環(huán)境友好。盡管Li-S電池具有眾多的優(yōu)點(diǎn),然而其固有的一些缺陷卻阻礙了Li-S電池的商業(yè)化應(yīng)用,如硫及其放電產(chǎn)物差的導(dǎo)電性,充放電過(guò)程中多硫化物的穿

2、梭效應(yīng)和大的體積膨脹等。在本論文中,我們?cè)O(shè)計(jì)合成了高性能的S基正極材料來(lái)改善Li-S電池中S基電極的正極性能,并且研究了其電化學(xué)性能,主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下:
 ?。?)我們通過(guò)碳化和隨后的HF刻蝕除去竹葉中的自模板的介孔SiO2納米顆粒制備了生物質(zhì)基的分級(jí)多孔碳材料(HPCMs)。介孔SiO2納米顆粒的除去為HPCMs提供了豐富的3D相連的微納孔道,能夠負(fù)載大量的S和物理限制多硫化物,制備了高性能的S基正極材料。另外,HPCM

3、s具有良好的導(dǎo)電性,導(dǎo)致高的硫利用率和倍率性能,HPCMs可負(fù)載70.26wt%的S。HPCMs/S復(fù)合材料在0.05C(1C=1675mA g-1)倍率下,其初始放電比容量高達(dá)1487mA h g-1,在1C下循環(huán)200圈后容量保持在707mA h g-1,且每圈的容量的衰減率僅為0.014%。當(dāng)電流密度從0.2C增加20倍到4C時(shí),容量保持率為62.3%,顯示出HPCMs/S正極具有高的倍率特性。我們的研究為分級(jí)多孔碳材料的低成本和

4、大規(guī)模的制備提供了新的途徑,有望應(yīng)用在Li-S電池中。
 ?。?)由于非極性碳材料對(duì)極性多硫化物弱的吸附作用,我們提出通過(guò)在石墨烯碳表面引入TiO2納米晶(NCs),利用TiO2NCs能夠通過(guò)化學(xué)吸附作用有效地抑制多硫化物穿梭效應(yīng),提高了鋰-硫電池正極材料的電化學(xué)性能。我們以葡萄糖為分散劑和交聯(lián)劑,通過(guò)一步水熱法,將10-20nm大小的銳鈦礦型介孔TiO2NCs原位生長(zhǎng)在高導(dǎo)電性的還原氧化石墨烯(rGO)表面,形成二維(2D)Ti

5、O2@rGO復(fù)合材料。TiO2NCs能夠通過(guò)強(qiáng)的化學(xué)鍵合作用有效的捕獲多硫化物中間體,2D的rGO為電子和離子傳輸提供一個(gè)快速的通道。TiO2@rGO負(fù)載S后,2D形貌保持不變,載硫量高達(dá)72wt%。S/TiO2@rGO正極在0.2C下循環(huán)100圈后,容量為1116mA h g-1,在1C下循環(huán)200圈后,容量保持在831mA h g-1。當(dāng)電流密度從0.2C增加20倍到4C時(shí),仍保持有60%的容量。即使硫的面載量增加到3.9mg cm

6、-2時(shí),在1C倍率下循環(huán)200圈后,S/TiO2@rGO正極仍保持了550mA h g-1的高容量,顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。S/TiO2@rGO正極優(yōu)異的電化學(xué)性能歸因于介孔TiO2納米晶對(duì)多硫化物強(qiáng)的化學(xué)吸附作用和rGO納米片的高導(dǎo)電性之間的協(xié)同作用,這為設(shè)計(jì)高活性的Li-S電池材料提供了很好的研究基礎(chǔ)。
 ?。?)S/C復(fù)合材料通常采用S熔融擴(kuò)散方法來(lái)制備,S主要負(fù)載在碳材料表面而很難均勻地分散到碳基質(zhì)中。我們以有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化

7、的ZnS納米棒為前驅(qū)物,利用FeCl3為氧化劑,通過(guò)簡(jiǎn)單的原位氧化反應(yīng),制備了一種新型的S/C復(fù)合材料。原位產(chǎn)生的S能夠粘附在N-摻雜的碳(CNx)骨架上,形成3D相連的S/CNx網(wǎng)絡(luò)。3D導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)增加了電活性界面,促進(jìn)了離子和電子的傳輸,導(dǎo)致高的硫活性材料的利用率、大的比容量和高的倍率性能。相比于傳統(tǒng)的熔融擴(kuò)散法,此方法能夠?qū)⒃恍纬傻牧蚓鶆虻姆植荚诟邔?dǎo)電性的CNx骨架上,硫含量為88wt%。制備的S/CNx復(fù)合材料在1C倍率下,循

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