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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。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

　　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�；钚蕴康缂氖状畏诺缛萘课�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。

　　图2：活性炭掺硫电极的CV曲线。

　　在活性炭用于锂硫电池的应用中，我们成功地制备了源自生物质为原料的多孔活性炭，然后组装成高性能锂硫电池。将如此得到的活性炭的样品具有大的比表面积和孔体积，这是一个良好的硫载体。当作为锂硫电池阴极使用的，活性炭载硫阴极具有良好的首次放电容量，速率能力好和拥有优异的循环性能。

　　活性炭阴极的锂硫电池电化学性能的上述提高归因于其活性炭的多孔结构特性和良好的导电性。超高的比表面积和大的孔容赋予硫在活性炭内导电骨架中的良好分散性，从而充分利用了硫，从而实现了出色的循环稳定性。此外，活性炭载体的良好电导率对嵌入在活性炭的多孔结构中的高分散硫有利于硫电极的作用发挥。

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