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活性炭用于鋰硫電池
文章作者:韓研網絡部 更新時間:2020-8-18 16:46:50

  活性炭用于鋰硫電池,為什么選用活性炭材料,因為鋰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鋰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并提高了吸附性能。

  鋰硫電池內活性炭的制備過程

  首先,除去生物質的污垢和表面雜質,用清水徹底清洗活性炭原材料,然后用蒸餾水反復清洗,然后將它們粉碎成碎片,然后在烤箱中100°C下干燥。為了進行預碳化,將干燥的生物質在氮氣氛下的真空管式爐中在500°C的溫度下熱解2小時,以去除少量有機分子。隨后,為了通過化學活化提高比表面積,將預碳酸化的生物質以1:4的重量比浸入作為化學活化劑的水溶液中,然后充分攪拌6小時以確保完全滲透。之后,將混合物在N 2下于900°C退火1小時。最后,用鹽酸反復洗滌退火后的樣品,然后用過量的蒸餾水沖洗以獲得中性pH。最終樣品通過在80°C的空氣中干燥獲得,并標記為多孔活性炭。相比之下,使用相同步驟制備的未添加活化劑的產品被標記為無孔活性炭。接著使用這兩種活性炭升級成加硫復合材料,將升華后的硫(純度>99.95%)和相應的活性炭粉末(重量比為60:40)充分混合并在研缽中研磨。然后,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小時后,獲得了多孔摻硫活性炭和無孔摻硫活性炭復合材料。

  圖1:活性炭摻硫復合材料的示意圖。

  使用活性炭的鋰電池的電性能

  為了評估活性炭作為陰極的電化學性能,將鋰箔作為陽極組裝到鋰硫電池的紐扣電池中。用于第一,第二和第三個循環的循環伏安圖(CV)曲線上在0.05毫伏·秒的掃描速率的電位窗口進行(圖2A)。在第一循環期間,觀察到兩個陰極峰在2.26和1.97 V,CV曲線中最初的幾個循環幾乎重疊,這表明循環穩定性極佳,容量保持率相對較高。活性炭的恒電流充電/放電曲線和循環穩定性的測試中,如在圖中所描述2B、C。活性炭電極的首次放電容量為1045 mAh·g -1,約為硫理論容量的62.5%。此外,活性炭電極在第100次循環時也顯示出869.8mAh·g -1的放電容量。如圖2d所示測量活性炭的倍率性能,在200–3200 mA·g -1下表現出1260、1050、806、513、290 mAh·g -1的可逆放電容量。此外,當電流密度達到800 mA·g時,活性炭陰極的放電容量為802 mAh·g -1。多孔活性炭材料表現出中等的鋰硫電池電化學性能,顯示出高性能鋰硫電池的潛力。

  圖2:活性炭摻硫電極的CV曲線。

  在活性炭用于鋰硫電池的應用中,我們成功地制備了源自生物質為原料的多孔活性炭,然后組裝成高性能鋰硫電池。將如此得到的活性炭的樣品具有大的比表面積和孔體積,這是一個良好的硫載體。當作為鋰硫電池陰極使用的,活性炭載硫陰極具有良好的首次放電容量,速率能力好和擁有優異的循環性能。

  活性炭陰極的鋰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,凈水活性炭.

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