《新型介孔碳纖維複合納米鍺基電極材料的高性能化研究》是依託福建師範大學，由曾令興擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型介孔碳纖維複合納米鍺基電極材料的高性能化研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曾令興
- 依託單位：福建師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對鍺基電極材料在充放電過程中巨大的體積變化導致其鋰電池性能難以提升的難題，擬開展介孔碳纖維複合納米鍺基電極材料的研製，利用其特殊結構(如介孔結構、殼核結構)的限域作用，以改善其電化學性能及穩定性。基於靜電紡絲的技術，以木質素磺酸鈉(LN)和聚丙烯腈(PAN)為前軀體製備具有高比表面積和合適孔徑的介孔碳纖維，並作為納米反應器用於合成新型納米結構鍺基複合電極材料。同時，研究影響鍺基複合材料結構與表界面穩定性的關鍵因素，揭示這些材料在鋰電池套用中熱力學活性和動力學穩定性的協調作用及其與電化學性能之間的內在關係，為研製出高性能的介孔碳纖維納米鍺基複合電極材料提供理論基礎。
結題摘要
鍺基合金型材料因具有高的理論比容量而有望成為動力電池負極材料的優良選擇。但是鍺基電極材料在充放電過程中巨大的體積膨脹和較低的電導率成為限制這類材料實際套用的關鍵因素。針對鍺基電極材料的上述問題，擬開展介孔碳/多級孔碳纖維複合納米鍺基電極材料的研製，利用其特殊結構(如介孔結構、殼核結構)的限域作用，以改善其儲鋰/鈉性能及循環穩定性。分別從介孔碳纖維的孔結構調控（微孔-介孔結構即多級孔結構、孔徑>10 nm的介孔結構）、異質原子摻雜改性介孔碳(氮、硫共摻雜的有序介孔碳)和介孔碳的孔道結構(二維有序介孔碳、三維有序介孔碳)等三方面來考察介孔碳/多級孔碳纖維材料作為導電骨架和限域載體複合納米鍺基電極材料的電化學儲鋰/鈉性能。 1.以木質素磺酸鈉(LN)作為綠色造孔劑，靜電紡絲法製得孔徑可調的(介孔孔徑>10 nm)的介孔碳纖維和多級孔碳纖維，並作為納米反應器製備鍺-介孔碳纖維納米複合物，作為鋰電池負極材料時有效緩解了電化學儲鋰過程中材料的體積變化，確保了電極材料的穩定性。 2. 氮、硫共摻雜改性的有序介孔碳(OMC-N-S)，三維雙連續孔道結構的介孔碳作為導電框架和限域載體，都可有效緩衝電極材料的體積膨脹，顯著提升鍺基材料性能。 3.以二維有序介孔碳和氣相沉積碳層做為雙空間碳源，包覆製得CMK/Ge-C複合物，表現出極其優異的儲鈉倍率性能。 通過系統研究，揭示了介孔碳/多級孔碳纖維孔道結構影響納米鍺基電極材料在儲鋰過程中結構演變的作用機制；闡釋了介孔碳/多級孔碳纖維框架和無定型碳層協同限域納米鍺基電極材料的作用機制；揭示了介孔碳/多級孔碳纖維複合納米鍺基電極材料在儲鋰過程中熱力學活性和動力學穩定性的協調作用；獲知了木質素磺酸鈉基多孔碳纖維的形成機理和造孔機制；同時，研究了影響鍺基複合材料結構與表界面穩定性的關鍵因素，闡明了納米鍺基電極材料與電化學儲鋰/鈉性能之間的內在關係，構建了介孔碳/多級孔碳纖維複合納米鍺基電極材料的低成本可控合成方法體系；為研製出高性能的介孔碳/多級孔碳纖維納米鍺基複合電極材料提供理論基礎。
