富氮碳材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-12-19 01:18

  本文关键词：富氮碳材料的制备及其电化学性能研究

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【摘要】：随着社会的进步与发展,能源问题日益严峻,研究先进的能量存储技术变得至关重要。高能量密度且环境友好的锂硫电池成为下一代电化学储能系统,然而硫和硫化锂的低电导率及多硫化锂的穿梭效应严重影响锂硫电池的实际比容量和循环性能。通过氮掺杂可以有效调控碳材料电化学性质,抑制多硫化物的穿梭,然而目前所合成的氮掺杂碳材料主要为粉体材料且存在氮含量低于10 at.%的局限性,限制了其在能源存储领域的发展。因此合成不同形式的高氮材料并将其应用于锂硫电池成为本文主要内容。本工作制备出具有高氮含量(20.08at.%)和高比表面积(1000m2g-1)的氮化碳/石墨烯复合材料,并将其用作锂硫电池隔膜修饰层来提升电池性能。此外,采用化学气相沉积(CVD)获得了大尺寸单晶氮掺杂石墨烯薄膜,讨论氮掺杂石墨烯生长的关键因素,为控制石墨烯晶畴尺寸,氮掺杂含量等关键指标提供实验依据。简述为以下:1.高氮含量的氮化碳/石墨烯复合材料的制备。以活化石墨烯和三聚氰胺为原料制备氮化碳/石墨烯复合物,并且氮化碳与石墨烯以共价键形式均匀复合,最高N含量可达20.08 at.%.2.CVD制备大面积单晶氮掺杂石墨烯。采用NH3为氮源,CH4为碳源,制备出约350μm左右的单晶氮掺杂石墨烯,探讨生长参数对其尺寸及氮掺的影响,得出最优生长条件。3.氮化碳/石墨烯复合材料应用于锂硫电池隔膜修饰层。制备出0.2 mg cm-2,厚度仅为10μm左右的氮化碳/石墨烯隔膜修饰层,0.1 C下,采用修饰隔膜的电池首次放电容量达1244mAhg-1;在0.5C下循环800次,衰减率为0.062%,均优于对比电池。实验发现,a-MEGO@g-C3N4隔膜修饰后电池性能的提高来源于两方面:一是高比表面积的a-MEGO@g-C3N4通过物理吸附固定多硫化物,二是g-C3N4与多硫化锂通过形成C-S键与Li-N键抑制穿梭效应。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332;TM912

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 任文才;高力波;马来鹏;成会明;;石墨烯的化学气相沉积法制备[J];新型炭材料;2011年01期

2 ;Preparation of graphitic carbon nitride by electrodeposition[J];Chinese Science Bulletin;2003年16期

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本文编号：1306348