【摘 要】
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锂硫电池（Li-S）因其在安全工作电压范围（1.6-2.8 V）下的高理论能量密度(2600Wh kg-1)和高理论容量(1675 mAh g-1)而受到关注。多孔碳材料因其高导电性而成为增强硫电极电子迁移的典型材料。同时,多孔碳高的比表面积和可调控的孔径,能提供较多的活性位点,且孔隙系统可以捕获多硫化物,减轻其在电解液中的溶解,同时缓冲反应过程中的体积变化,从而有望提高锂硫电池的循环性能。本文研
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锂硫电池（Li-S）因其在安全工作电压范围（1.6-2.8 V）下的高理论能量密度(2600Wh kg-1)和高理论容量(1675 mAh g-1)而受到关注。多孔碳材料因其高导电性而成为增强硫电极电子迁移的典型材料。同时,多孔碳高的比表面积和可调控的孔径,能提供较多的活性位点,且孔隙系统可以捕获多硫化物,减轻其在电解液中的溶解,同时缓冲反应过程中的体积变化,从而有望提高锂硫电池的循环性能。本文研制出3种多孔碳材料,并探讨了其在锂硫电池中的应用:1.以蔗糖为原料,经浓硫酸脱水碳化,热处理,成功制备出微孔-介孔碳。获得的多孔碳具有丰富的微孔和介孔,可以提供大量的活性位点,有效增加含硫量,有效抑制多硫化物的穿梭和溶解。从而增强了结构的稳定性。由于其优异的电化学性能和简便、低成本的制备方法,使其成为锂硫电池的理想材料。2.以一种生物质材料（蛋清）为原料,通过简单的加热固化、冷冻干燥、热处理和球磨,成功制备出一种N、P杂原子共掺杂的,具有微孔/中孔/大孔结构的多孔碳。蛋白质制备的多孔碳在碳基体中掺杂了适量的氮和磷。N、P共掺杂物和多孔结构对可溶性多硫化物有很强的化学吸附作用,稳定性好。且蛋清的低成本、含量丰富且可再生的优点使它可以投入大规模生产以及实际应用中。3.以石墨烯为基底、淀粉为碳源、氯化钠为造孔剂,通过水浴和冷冻干燥以及热处理制备出一种具有大表面积的微/中/大孔碳-还原氧化石墨烯复合物。淀粉是一种高分子碳水化合物,由葡萄糖分子聚合而成。作为一种生物质碳源,具有成本低、环境友好等优点。还原氧化石墨烯具有大量的官能团,如羟基、羰基、羧基等,与硫产生强烈的化学吸附作用。丰富的微/中/大孔可以提高硫的含量,减轻硫的损失,优异的导电碳网络和孔隙率,表现出良好的循环性能和倍率能力。
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