生物质活性炭在锂硫电池中的应用

第1章绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 锂硫电池简介 (2)

1.2.1 锂硫电池的电化学工作原理 (2)

1.2.2 锂硫电池存在的问题 (3)

1.3 锂硫电池正极的研究问题 (4)

1.3.1 正极材料的发展现状 (5)

1.3.2 硫/碳复合正极材料的研究进展 (7)

1.4 本文选题依据与研究内容 (9)

1.4.1 本文选题依据 (9)

1.4.2 本文研究内容 (11)

第2章开心果壳活性炭在硫/碳复合正极材料中的应用研究 (12)

2.1 引言 (12)

2.2 实验原料及试剂 (12)

2.3 活性炭及复合材料的制备 (13)

2.3.1 开心果壳活性炭的制备 (13)

2.3.2 硫/碳复合材料的制备 (14)

2.4 材料物化性能表征 (14)

2.4.1 扫描电镜测试 (14)

2.4.2 比表面积及孔径测试 (16)

2.4.3 热重分析 (17)

2.4.4 X射线衍射分析 (18)

2.5 电池电化学性能表征 (19)

2.5.1 扣式电池组装 (19)

2.5.2 循环伏安测试 (20)

2.5.3 充放电及循环性能测试 (21)

2.5.4 交流阻抗测试 (23)

2.6 本章小结 (24)

第3章核桃壳活性炭在硫/碳复合正极材料中的应用研究 (25)

3.1 引言 (25)

3.2 复合材料的制备及电池组装 (25)

3.2.1 核桃壳活性炭的制备 (25)

3.2.2 硫/碳复合材料的制备 (26)

3.2.3 正极极片的制备及电池组装 (26)

3.3 材料物化性能表征 (26)

3.3.1 扫描电镜测试 (26)

3.3.2 比表面积及孔径测试 (28)

3.3.3 热重分析 (28)

3.3.4 X射线衍射分析 (29)

3.4 电池电化学性能表征 (30)

3.4.1 循环伏安测试 (30)

3.4.2 充放电及循环性能测试 (30)

3.4.3 交流阻抗测试 (32)

3.5 本章小结 (32)

第4章花生壳活性炭在硫/碳复合正极材料中的应用研究 (33)

4.1 引言 (33)

4.2 复合材料的制备及电池组装 (33)

4.2.1 花生壳活性炭的制备 (33)

4.2.2 硫/碳复合材料正极极片的制备及电池组装 (34)

4.3 材料物化性能表征 (34)

4.3.1 扫描电镜测试 (34)

4.3.2 比表面积及孔径测试 (35)

4.3.3 热重分析 (35)

4.3.4 X射线衍射分析 (36)

4.4 电池电化学性能表征 (37)

4.4.1 循环伏安测试 (37)

4.4.2 充放电及循环性能测试 (37)

4.4.3 交流阻抗测试 (40)

4.5 本章小结 (40)

第5章复合活性炭在硫/碳复合正极材料中的应用研究 (42)

5.1 引言 (42)

5.2 复合材料的制备 (42)

5.3 电池电化学性能表征 (42)

5.3.1 循环伏安测试 (43)

5.3.2 充放电及循环性能测试 (43)

5.3.3 交流阻抗测试 (44)

5.4 本章小结 (45)

第6章总结与展望 (46)

6.1 总结 (46)

6.2 展望 (47)

参考文献 (49)

致谢 (54)

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 (55)

第1章绪论

1.1 引言

随着科技的发展、自然以及人文环境的改变，以清洁能源驱动生产生活是实现人与自然和谐相处的必由之路[1]。风能、太阳能、潮汐能等等，是清洁能源体系中的典型代表[2]，它们永不枯竭，也不产生任何污染物，然而它们存在能量转换效率低、稳定性和连续性差这些致命的缺点[3]，因此无法做到像化石燃料一样的即时利用，只能通过能量储存系统汇聚之后，再在需要时集中以较高的密度和功率释放。储能系统有三类：物理储能、电磁储能和化学电池储能。化学电池储能是能量储存系统中发展最为成熟的系统[4, 5]，其中的锂离子电池系统具有储能密度高、效率高、循环寿命长这些十分突出的特点[6, 7]。近些年来锂离子电池系统品类越来越丰富，实际能量密度及功能密度都在不断提升，安全性也得到极大的改善[8]。

然而，锂离子电池在电动交通工具，特别是电动汽车上的应用远远跟不上时代的发展步伐[9-11]。图1.1是几种典型化学电池储能设备的能量密度对比图，从中可以看出锂离子电池的能量密度和功率密度远远低于化石燃料汽油，汽油的能量密度为12000~17000Wh/Kg ，因此要实现纯电动汽车的应用，必须寻找新的具备更高能量密度的二次电池体系[12, 13]。从图1.1中也可以发现，在一种新的化学电池体系——锂硫电池中，人们看到了解决问题的曙光。

图1.1 典型化学电池储能设备的能量密度对比图[12]

02000

4000

404060150300

12070

80250

2600Practical(Wh/Kg)Theoretical(Wh/kg)