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吡啶氮摻雜碳納米薄片應用于高穩(wěn)定的鋰硫電池中的促進硫釋放反應的研究
論文背景介紹 ?
鋰硫電池因其理論能量密度高而受到人們的高度評價。除了多硫化鋰的溶解、鋰化過程中的體積膨脹和硫的絕緣性質(zhì)導致硫利用率低外，終放電產(chǎn)物鋰的不可逆相變被認為是鋰硫電池容量下降的主要原因之一。幸運的是，新興的材料科學和納米技術(shù)使解決上述挑戰(zhàn)成為可能，建設(shè)碳硫復合材料陰極被認為是一種經(jīng)濟有效的方法。
目前，基體材料的多孔結(jié)構(gòu)和吸附/擴散性能是復合硫陰極設(shè)計需要考慮的主要因素。然而，另一個重要的因素，Li2S的激活，卻經(jīng)常被忽略。終放電產(chǎn)物Li2S的不可逆相變是導致鋰電池容量下降的主要原因之一。
在本文研究中，作者開發(fā)了一種高效的螯合方法來合成具有可控濃度和可調(diào)氮結(jié)構(gòu)的高度多孔N摻雜碳材料，基于吡啶氮N摻雜納米片的復合硫陰極顯示出更好的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的容量。其中，制備具有可控氮濃度和可調(diào)氮結(jié)構(gòu)的高孔隙氮摻雜碳有挑戰(zhàn)性。
使用XPS對合成的多空N摻雜碳材料進行了表面元素化學態(tài)的表征。
合成工藝中，使用5克尿素或2、3、3.5、4和5克三聚氰胺合成的氮摻雜碳的名稱分別縮寫為N5U-C或N2M-C，N3M-C，N3.5M-C，N4M-C和N5M-C。
使用XPS分析這6個樣品的化學成分，譜圖顯示由C、N、O組成。XPS譜圖顯示，N5U-C和N3.5M-C的元素組成相似，有利于比較不同氮結(jié)構(gòu)在Li-S電池中的工作機理。N5U-C、N3.5M-C和其他4個樣品的高分辨率N1s譜可以分為吡啶N(≅ 398.4 eV)、吡咯N(≅ 399.8 eV)和石墨化N(≅ 401.5 eV)三個不同的峰。顯然，N5U-C的主要摻雜結(jié)構(gòu)是吡咯基N，N3.5M-C的主要結(jié)構(gòu)為吡啶N。高分辨率C1 s譜圖證明了碳氮鍵(285.8 eV)的存在，被認為可以提高LiPSs的捕獲能力。
結(jié)果表明，通過改變氮源的類型和用量，可以實現(xiàn)氮濃度和氮結(jié)構(gòu)的隧道化。
作者：袁華棟 浙江工業(yè)大學
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