多孔碳材料的制備及其在下一代儲能電池中的性能研究.pdf

1、現(xiàn)今，隨著傳統(tǒng)能源煤、石油以及天然氣等儲備量的不斷匱乏和人們對環(huán)境保護(hù)意識的提高，人們對新型電化學(xué)儲能的研究越發(fā)緊迫。目前具有較好發(fā)展前途的電化學(xué)儲能系統(tǒng)包括鋰硫電池、鈉離子電池等，而這些儲能系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升離不開電極材料的開發(fā)。多孔碳材料作為新型碳材料具有價格低廉，環(huán)境友好，高比表面積及孔結(jié)構(gòu)可調(diào)性等優(yōu)點，因而在鋰硫電池、鈉離子電池等儲能體系得到了廣泛應(yīng)用。本論文主要圍繞多孔碳的制備合成及其在鋰硫電池和鈉離子電池中電化學(xué)性能進(jìn)行了

2、研究，主要完成了以下工作:
　　首先，本文將三種不同多孔碳材料（科琴碳KB、卡博特導(dǎo)電碳黑BP2000和有序介孔碳納米球OMCN）分別與硫復(fù)合制備復(fù)合材料，并進(jìn)行測試與分析。結(jié)果表明，具有較大比表面積和孔容的S/KB表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。高比表面積給單質(zhì)硫提供更多的反應(yīng)表面，從而增加硫的利用率，降低電池的極化效應(yīng)和提高倍率性能;高孔容能夠有效地抑制多硫化物引起的穿梭效應(yīng)，還能夠提供快速的離子通道，保證了鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

3、r>　　其次，本文通過調(diào)節(jié)中間相調(diào)制溫度和碳化溫度，研究其對瀝青基硬炭在鈉離子電池中的電化學(xué)性能影響。結(jié)果表明，采用中間相調(diào)制溫度為220℃，碳化溫度為900℃時制備的瀝青基硬碳材料能夠明顯提高電池的首次庫倫效率和可逆放電容量，其首次庫倫效率高達(dá)73％，50次循環(huán)后，其放電容量仍保持在227mAh g-1，表現(xiàn)出了良好的儲鈉性能。
　　最后，將制備的瀝青基硬碳(HC-P)與水熱法制備的葡萄糖基硬碳(HC-G)和蔗糖基硬碳(HC-S

4、)對比測試其在鋰離子電池和鈉離子電池中的電化學(xué)性能。研究結(jié)果表明，HC-G和HC-S的在鋰離子電池中首次庫倫效率為44％和52％，在鈉離子電池中則降為31％和39％，這與其較小的石墨層難以插入鈉離子有關(guān);而HC-P的首次庫倫效率從60％提高73％，100次循環(huán)后其容量仍有220mAh g-1，這是由于亂層堆積結(jié)構(gòu)的石墨層更有利于鈉離子的插入，而較小尺寸的鋰離子則是吸附在石墨層的兩個表面，從而HC-P在鈉電池中表現(xiàn)出了更高的首次庫倫效率。