《基於三維石墨烯的鋰硫電池正極材料和器件研究》是依託南開大學，由陳永勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於三維石墨烯的鋰硫電池正極材料和器件研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳永勝
- 依託單位：南開大學
- 批准號：51472124
- 研究期限：2015-01-01 至 2018-12-31
- 負責人職稱：教授
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鋰硫電池具有很高的理論比容量和比能量，是最具套用前景的鋰離子電池之一。但鋰硫電池發展至今仍存在比容量遠低於理論值、循環性能較差的問題，主要原因是硫及其放電產物的低導電性、聚硫化物在電解液中的大量溶解流失以及相應的穿梭效應。本課題的主要研究目標就是設計合成具有良好的導電性、高的比表面、以及豐富孔洞結構的三維石墨烯材料，並以此材料作為支撐體負載硫，製備出具有高活性和高循環穩定性的三維石墨烯基鋰硫電池正極材料。三維石墨烯材料高的比表面積和豐富的孔洞結構可以實現硫的高負載和高分散，豐富的三維孔洞結構可以起著很好的限域效果，有效地減少聚硫化物的擴散、流失。另外，我們還可以通過在三維石墨烯材料的表面負載一層多孔碳，構建一種三維石墨烯的大孔嵌套多孔碳的小孔的新穎孔結構，發輝大孔和小孔的協同效應，進一步抑制聚硫化物的擴散、流失。
結題摘要
隨著環境問題的日益嚴峻以及電子電動設備的迅猛發展，設計和開發高效的儲能設備勢在必行。鋰硫電池因具有高能量密度、髙理論容量、硫資源豐富、價格低廉以及環境友好等特點，被認為是下一代最有前景的能量存儲系統之一。然而，由於硫放電產物硫化鋰充放電過程中的體積效應以及溶解等問題，致使硫正極利用率低、電池容量衰減快、循環性能差，嚴重阻礙了鋰硫電池的商業化進程。 針對這些問題，我們設計併合成了一系列具有良好的導電性、高的比表面、以及豐富孔洞結構的三維石墨烯基複合材料，研究了材料的結構和性能；以三維石墨烯基複合材料為支撐體負載硫，製備出具有高活性和高循環穩定性的三維石墨烯基鋰硫電池正極材料。其中，基於C@GO@MoS2@S正極材料、碳化巴沙木@S正極材料、碳化泥炭蘚@CoNi2S4@S正極材料的鋰硫電池的比容量分別達到了1450 mAh/g 、1120 mAh/g和1623 mAh/g ；基於C@GO@MoS2@S硫正極材料的鋰硫電池循環後500次容量仍能保持600 mA g-1；同時我們還研究了三維石墨烯基複合材料的結構與其電化學性能間的構效關係，以C@GO@MoS2@S硫正極材料為例：介孔碳材料提供了合適的孔徑（2-5nm）和大的比表面積(3000m2/g)，為硫的均勻沉積和負載提供了條件，石墨烯作為導電骨架可以改善硫正極不導電的問題，同時原位水熱的方法生成的MoS2可以對多硫化鋰產生有效的化學吸附作用，從而改善鋰硫電池的循環性能。上述研究結果為石墨烯材料在鋰硫電池中的套用打下了基礎。
