【摘 要】
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锂硫电池具有理论比容量(1675 m A h g-1)高、毒性低、硫储量丰富等优点,是下一代储能系统的理想选择之一。然而,锂硫电池自身特性所导致的问题,诸如,反应物与产物导电性差,
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锂硫电池具有理论比容量(1675 m A h g-1)高、毒性低、硫储量丰富等优点,是下一代储能系统的理想选择之一。然而,锂硫电池自身特性所导致的问题,诸如,反应物与产物导电性差,充放电过程中体积变化大,中间产物溶解形成“穿梭效应”等,极大地限制了这类电池的商业化进程。为解决上述问题,本研究分别以ZIF-8和乙酰丙酮氧钒(VO(acac)2)为碳源和钒源,通过浸渍法将两者结合,经过高温煅烧得到具有多孔结构的二氧化钒@多孔纳米碳(VO2@NC)基体材料。与硫复合得到的二氧化钒@多孔纳米碳/硫(VO2@NC/S)复合材料在1 C的电流密度下持续循环1000圈仍保留482 m A h g-1的容量,容量保持率为72%,并在2 C下可释放出504 m A h g-1的放电比容量。此外,为避免浸渍过程导致的形貌畸变,本研究还首次以MIL-47(V)作为碳与钒的直接来源,通过简单碳化直接一步得到具有类千层饼结构的三氧化二钒@无定形碳(V2O3@C)基体材料。载硫后,三氧化二钒@无定形碳/硫(V2O3@C/S)复合材料在较高的含硫条件下(3.7 mg cm-2)展现出的循环稳定性(1 C循环1000次后每圈的容量损失率仅为0.0377%)和倍率性能(2 C时释放出663 m A h g-1)。结合物理表征、电化学测试和储能机理实验得之,所制备的复合材料具有相似的储能机理。两种材料均以钒系氧化物作为极性吸附作用的来源,协同碳基体固有的非极性吸附特性,限制反应过程中“穿梭效应”的发生;高比表面积的碳基体不仅增强了复合材料的导电性,还促进了极性吸附介质在基体中的分散,提高了材料整体的极性吸附能力,由此进一步增加了活性物质的利用率;同时这一分散复合结构加速了循环过程中的反应动力学,最终得到良好的电化学性能。由此表明,所制备的两种钒氧化物@碳复合基体材料具有较高的应用价值,为新型锂硫电池正极材料的构筑提供了重要借鉴。
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