三維結(jié)構(gòu)碳材料的制備及其在儲(chǔ)能器件中的性能研究.pdf

1、近年來，隨著能源需求的持續(xù)增加以及人們對(duì)環(huán)境問題的關(guān)注，研究者們開始致力于研究清潔的可持續(xù)能源來替代傳統(tǒng)化石燃料。其中，電化學(xué)儲(chǔ)能受到越來越多的重視。鋰硫電池被認(rèn)為是最有吸引力的下一代電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。并且，研究者們認(rèn)為將正極材料硫“束縛”在一定納米結(jié)構(gòu)碳材料從而抑制穿梭效應(yīng)是解決鋰硫電池走向商用的有效途徑之一。此外，作為商用鋰離子電池首選的負(fù)極材料，碳基材料由于容量低和倍率性能差越來越無法滿足商業(yè)需求。本文通過制備多種三維結(jié)構(gòu)碳材料

2、并運(yùn)用到鋰硫電池和鋰離子電池中，提高電池容量和循環(huán)性能。主要完成工作如下:
　　首先，本文使用生物質(zhì)樹皮作為碳源，通過簡單的碳化過程制備出具有三維復(fù)合結(jié)構(gòu)多孔碳，并且該碳材料還具有528 m2/g的比表面積。在不使用集流體、導(dǎo)電劑和粘合劑的情況下，我們制備了高載硫量的正極片并組裝成鋰硫電池。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)碳/硫電極在0.2 A/g電密度流下首次放電容量能達(dá)到1159 mAh/g。即使循環(huán)60次后，容量依然能達(dá)到608 mAh/g

3、，并且?guī)靷愋矢哂?8％，優(yōu)于大孔被破壞后的電極達(dá)到的容量410 mAh/g。
　　其次，本文使用三聚氰胺作為碳源，乙酸鈷作為固相模板，一步法固相合成原位氮摻雜中空碳納米微球(N-PHC)，并且該中空球同時(shí)擁有微孔和介孔結(jié)構(gòu)。我們將該材料通過熱熔法與硫復(fù)合制備電極組裝成鋰硫電池，并進(jìn)行表征與測試。結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)碳材料能很好吸附硫及其中間產(chǎn)物，從而有效提高鋰硫電池的容量和循環(huán)性能。N-PHC/S復(fù)合材料在0.5放電倍率下首次容量能達(dá)