本文主要研究内容
作者李川川（2019）在《金属氮化物、硼化物作为新型的硫载体材料在锂硫电池中的应用》一文中研究指出：锂硫电池因具有高的能量密度(2600 Wh kg-1)、正极硫的价格低廉和环境友好等优点而被认为是下一代极具有应用前景的二次可充电电池体系。在过去的十几年里,锂硫电池的研究受到了广泛的关注,然而其容量的快速衰退、硫的利用率和负载量低、倍率性能差以及库伦效率低等问题仍然限制了锂硫电池的实际应用。这些问题主要源于硫不导电,充放电过程中80%的体积膨胀和多硫化锂的溶解导致的穿梭效应。针对这些问题,本论文围绕锂硫电池正极载体材料的设计,合成了不同种类的无机纳米材料,通过化学吸附中间产物多硫化锂和促进多硫化锂的转化,用以改善锂硫电池性能。结合理论计算探究了这些材料对多硫化物的吸附强度,并且在分子角度上理解其相互作用的演变过程的本质。本论文主要的研究内容如下:(1)具有强化学吸附多硫化锂作用的氮化钛空心球的可控合成及其在锂硫电池中的应用。通过硬模板法和后续氨气煅烧的方法制备了具有导电性和化学极性的氮化钛空心球,该纳米材料平均直径为～160 nm,当用于锂硫电池正极硫的载体时,硫含量为70%条件下,所得电极在0.5和1.0 C下可以稳定循环300圈。更重要的是,即使在3.6 mg.cm-2的高硫负载下,0.2C电流密度下循环100圈后容量可以维持在保持710.4 mAh·g-1。空心结构为负载更多的硫提供了可能,而化学吸附作用可以抑制多硫化物的穿梭效应,因此该复合正极表现出优异的电化学性能。通过XPS和DFT计算研究了TiN与多硫化锂之间的化学相互作用的性质。这项工作为具有导电性和极性的材料作为高性能锂硫电池提供了一个思路。(2)导电的和极性的TiB2作为一种新型的锂硫电池正极硫的载体。通过金属镁的水解辅助反应在高温反应釜中制备具有金属性和极性TiB2纳米材料并首次作为锂硫电池正极载体。该复合正极在硫含量为70%条件时在1C电流密度下表现出500次循环的的长循环稳定性能。即使当硫的负载量高达3.9 mg cm-2时,电流密度为0.2 C下100次循环后仍可保持837 mA h g-1的比容量。通过X射线光电子能谱分析和理论计算我们提出TiB2吸附多硫化物时首先经过一个自硫化过程,也就是说S8分子在其表面上分解成硫原子以形成硫磺化的硼化钛表面,该表面对多硫化锂具有强烈的锚定作用。此研究将为金属硼化物用于改善锂硫电池性能提供一个新的视角,并有利于在分子水平上理解载体和多硫化物键合的演化机制,这对于未来制作高性能锂硫电池提供了非常宝贵的思路。(3)具有促进多硫化物的吸附和动态转化作用的超薄Co-Bi/rGO纳米片复合材料用于高性能锂硫电池载体。通过一种温和的溶液法制备出一种有效的锂硫电池的正极载体,该材料为Co-Bi复合在石墨烯上。Co-Bi不仅可以化学吸附多硫化物,还可以动态促进多硫化锂的转化,而石墨烯很高的导电性和丰富的多孔结构为硫的电化学氧化还原反应提供了一个温和的反应位点。DFT计算证明Co-Bi对多硫化锂存在较强的化学吸附(2.0-4.5 eV)和对锂离子较低的扩散势垒(0.447 eV)。当硫的负载量为1.1 mg cm-2时,基于Co-Bi/rGO-S电极的锂硫电池在0.2 C下100圈后容量为972 mAh g-1,8 C倍率下比容量为500 mAh g-1和1 C长循环500圈后容量在758 mAh g-1。当硫负载量高达9.5 mg cm-2下,仍可获得8.3 mAh cm-2的最高面容量。(4)电催化多硫化锂的转化的Ni-B用于高性能锂硫电池。通过简单的溶液法合成了Ni-B材料,该材料为膜包裹的颗粒结构。通过对称电池测试和Li2S的成核证明Ni-B对多硫化锂具有电催化特性,可以加快多硫化锂的转化过程。因此,Ni-B修饰的电极表现出优异的电化学性能,硫在正极中的含量为63%条件下,该电极表现出高比容量和10 C的倍率性能,另外,更为重要的是该电极可以在更高的硫负载量13 mg cm-2和更低的电解液用量E/S:6下表现出优异的电化学性能。
Abstract
li liu dian chi yin ju you gao de neng liang mi du (2600 Wh kg-1)、zheng ji liu de jia ge di lian he huan jing you hao deng you dian er bei ren wei shi xia yi dai ji ju you ying yong qian jing de er ci ke chong dian dian chi ti ji 。zai guo qu de shi ji nian li ,li liu dian chi de yan jiu shou dao le an fan de guan zhu ,ran er ji rong liang de kuai su cui tui 、liu de li yong lv he fu zai liang di 、bei lv xing neng cha yi ji ku lun xiao lv di deng wen ti reng ran xian zhi le li liu dian chi de shi ji ying yong 。zhe xie wen ti zhu yao yuan yu liu bu dao dian ,chong fang dian guo cheng zhong 80%de ti ji peng zhang he duo liu hua li de rong jie dao zhi de chuan suo xiao ying 。zhen dui zhe xie wen ti ,ben lun wen wei rao li liu dian chi zheng ji zai ti cai liao de she ji ,ge cheng le bu tong chong lei de mo ji na mi cai liao ,tong guo hua xue xi fu zhong jian chan wu duo liu hua li he cu jin duo liu hua li de zhuai hua ,yong yi gai shan li liu dian chi xing neng 。jie ge li lun ji suan tan jiu le zhe xie cai liao dui duo liu hua wu de xi fu jiang du ,bing ju zai fen zi jiao du shang li jie ji xiang hu zuo yong de yan bian guo cheng de ben zhi 。ben lun wen zhu yao de yan jiu nei rong ru xia :(1)ju you jiang hua xue xi fu duo liu hua li zuo yong de dan hua tai kong xin qiu de ke kong ge cheng ji ji zai li liu dian chi zhong de ying yong 。tong guo ying mo ban fa he hou xu an qi duan shao de fang fa zhi bei le ju you dao dian xing he hua xue ji xing de dan hua tai kong xin qiu ,gai na mi cai liao ping jun zhi jing wei ～160 nm,dang yong yu li liu dian chi zheng ji liu de zai ti shi ,liu han liang wei 70%tiao jian xia ,suo de dian ji zai 0.5he 1.0 Cxia ke yi wen ding xun huan 300juan 。geng chong yao de shi ,ji shi zai 3.6 mg.cm-2de gao liu fu zai xia ,0.2Cdian liu mi du xia xun huan 100juan hou rong liang ke yi wei chi zai bao chi 710.4 mAh·g-1。kong xin jie gou wei fu zai geng duo de liu di gong le ke neng ,er hua xue xi fu zuo yong ke yi yi zhi duo liu hua wu de chuan suo xiao 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fu duo liu hua wu shi shou xian jing guo yi ge zi liu hua guo cheng ,ye jiu shi shui S8fen zi zai ji biao mian shang fen jie cheng liu yuan zi yi xing cheng liu huang hua de peng hua tai biao mian ,gai biao mian dui duo liu hua li ju you jiang lie de mao ding zuo yong 。ci yan jiu jiang wei jin shu peng hua wu yong yu gai shan li liu dian chi xing neng di gong yi ge xin de shi jiao ,bing you li yu zai fen zi shui ping shang li jie zai ti he duo liu hua wu jian ge de yan hua ji zhi ,zhe dui yu wei lai zhi zuo gao xing neng li liu dian chi di gong le fei chang bao gui de sai lu 。(3)ju you cu jin duo liu hua wu de xi fu he dong tai zhuai hua zuo yong de chao bao Co-Bi/rGOna mi pian fu ge cai liao yong yu gao xing neng li liu dian chi zai ti 。tong guo yi chong wen he de rong ye fa zhi bei chu yi chong you xiao de li liu dian chi de zheng ji zai ti ,gai cai liao wei Co-Bifu ge zai dan mo xi shang 。Co-Bibu jin ke yi hua xue xi fu duo liu hua wu ,hai ke yi dong tai cu jin duo liu hua li de zhuai hua ,er dan mo xi hen gao de dao dian xing he feng fu de duo kong jie gou wei liu de dian hua xue yang hua hai yuan fan ying di gong le yi ge wen he de fan ying wei dian 。DFTji suan zheng ming Co-Bidui duo liu hua li cun zai jiao jiang de hua xue xi fu (2.0-4.5 eV)he dui li li zi jiao di de kuo san shi lei (0.447 eV)。dang liu de fu zai liang wei 1.1 mg cm-2shi ,ji yu Co-Bi/rGO-Sdian ji de li liu dian chi zai 0.2 Cxia 100juan hou rong liang wei 972 mAh g-1,8 Cbei lv xia bi rong liang wei 500 mAh g-1he 1 Cchang xun huan 500juan hou rong liang zai 758 mAh g-1。dang liu fu zai liang gao da 9.5 mg cm-2xia ,reng ke huo de 8.3 mAh cm-2de zui gao mian rong liang 。(4)dian cui hua duo liu hua li de zhuai hua de Ni-Byong yu gao xing neng li liu dian chi 。tong guo jian chan de rong ye fa ge cheng le Ni-Bcai liao ,gai cai liao wei mo bao guo de ke li jie gou 。tong guo dui chen dian chi ce shi he Li2Sde cheng he zheng ming Ni-Bdui duo liu hua li ju you dian cui hua te xing ,ke yi jia kuai duo 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论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自山东大学的李川川，发表于刊物山东大学2019-07-16论文，是一篇关于锂硫电池论文,多硫化物穿梭效应论文,过渡金属化合物论文,化学吸附论文,高硫面载量论文,密度泛函理论计算论文,山东大学2019-07-16论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自山东大学2019-07-16论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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