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活性炭用于锂硫电池

文章作者：韩研网络部更新时间：2020-8-18 16:46:50

　　活性炭用于锂硫电池，为什么选用活性炭材料，因为锂硫电池是新开发的大功率储能系统。然而，硫和多硫化物的低电导率导致低速率容量和快速容量衰减，这严重限制了其商业应用。因此我们针对高性能锂硫电池应用开发了一种简便，可持续且具有成本效益的策略，用自生物质制备杂原子掺杂的活性炭。与普通活性炭相比，N，P和S杂原子的存在改变了表面极性，带来了大量的活性位点并提高了吸附性能。

　　锂硫电池内活性炭的制备过程

　　首先，除去生物质的污垢和表面杂质，用清水彻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，将干燥的生物质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，将预碳酸化的生物质以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快盈VIII。相比之下，使用相同步骤制备的未添加活化剂的产品被标记为无孔活性炭。接着使用这两种活性炭升级成加硫复合材料，将升华后的硫(纯度>99.95%)和相应的活性炭粉末(重量比为60:40)充分混合并在研钵中研磨。然后，将获得的混合物用特氟隆容器密封在高压釜中。在155°C下热处理12小时后，获得了多孔掺硫活性炭和无孔掺硫活性炭复合材料。

　　图1：活性炭掺硫复合材料的示意图。

　　使用活性炭的锂电池的电性能

快盈VIII　　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。