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活性炭用于锂硫電池
文章作者:韩研网络部 更新时间:2020-8-18 16:46:50

  活性炭用于锂硫電池,爲什麽選用活性炭材料,因爲锂硫電池是新開發的大功率儲能系統。然而,硫和多硫化物的低電導率導致低速率容量和快速容量衰減,這嚴重限制了其商業應用。因此我們針對高性能锂硫電池應用開發了一種簡便,可持續且具有成本效益的策略,用自生物質制備雜原子摻雜的活性炭。與普通活性炭相比,N,P和S雜原子的存在改變了表面極性,帶來了大量的活性位點並提高了吸附性能。

  锂硫電池內活性炭的制備過程

  首先,除去生物質的汙垢和表面雜質,用清水徹底清洗活性炭原材料,然后用蒸馏水反复清洗,然后将它们粉碎成碎片,然后在烤箱中100°C下干燥。为了进行预碳化,将干燥的生物質在氮气氛下的真空管式炉中在500°C的温度下热解2小时,以去除少量有机分子。随后,为了通过化学活化提高比表面积,将预碳酸化的生物質以1:4的重量比浸入作为化学活化剂的水溶液中,然后充分搅拌6小时以确保完全渗透。之后,将混合物在N 2下于900°C退火1小时。最后,用盐酸反复洗涤退火后的样品,然后用过量的蒸馏水冲洗以获得中性pH。最终样品通过在80°C的空气中干燥获得,并标记为多孔活性炭。相比之下,使用相同步驟制備的未添加活化劑的産品被標記爲無孔活性炭。接著使用這兩種活性炭升級成加硫複合材料,將升華後的硫(純度>99.95%)和相應的活性炭粉末(重量比爲60:40)充分混合並在研缽中研磨。然後,將獲得的混合物用特氟隆容器密封在高壓釜中。在155°C下熱處理12小時後,獲得了多孔摻硫活性炭和無孔摻硫活性炭複合材料。

  圖1:活性炭摻硫複合材料的示意圖。

  使用活性炭的锂電池的電性能

  为了评估活性炭作为阴极的电化学性能,将锂箔作为阳极组装到锂硫电池的纽扣电池中。用于第一,第二和第三个循环的循环伏安图(CV)曲线上在0.05毫伏·秒的扫描速率的电位窗口进行(图2A)。在第一循环期间,观察到两个阴极峰在2.26和1.97 V,CV曲线中最初的几个循环几乎重叠,这表明循环稳定性极佳,容量保持率相对较高。活性炭的恒电流充电/放电曲线和循环稳定性的测试中,如在图中所描述2B、C。活性炭电极的首次放电容量为1045 mAh·g -1,约为硫理论容量的62.5%。此外,活性炭电极在第100次循环时也显示出869.8mAh·g -1的放电容量。如图2d所示测量活性炭的倍率性能,在200–3200 mA·g -1下表现出1260、1050、806、513、290 mAh·g -1的可逆放电容量。此外,当电流密度达到800 mA·g时,活性炭阴极的放电容量为802 mAh·g -1。多孔活性炭材料表现出中等的锂硫电池电化学性能,显示出高性能锂硫电池的潜力。

  圖2:活性炭摻硫電極的CV曲線。

  在活性炭用于锂硫電池的应用中,我们成功地制备了源自生物質为原料的多孔活性炭,然后组装成高性能锂硫电池。将如此得到的活性炭的样品具有大的比表面积和孔体积,这是一个良好的硫载体。当作为锂硫电池阴极使用的,活性炭载硫阴极具有良好的首次放电容量,速率能力好和拥有优异的循环性能。

  活性炭陰極的锂硫電池電化學性能的上述提高歸因于其活性炭的多孔結構特性和良好的導電性。超高的比表面積和大的孔容賦予硫在活性炭內導電骨架中的良好分散性,從而充分利用了硫,從而實現了出色的循環穩定性。此外,活性炭載體的良好電導率對嵌入在活性炭的多孔結構中的高分散硫有利于硫電極的作用發揮。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,淨水活性炭.

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