碳纳米管负载氮掺杂多孔碳纳米粒子作为硫载体在锂硫电池中的应用研究文献综述

 2023-04-27 17:42:59

文献综述

随着人类社会科技的发展，现有的储能器件已经难以满足社会的需求。

因此更高能量密度的电池和超级电容器等能量存储系统的发展对于满足日益增长的能源和电力需求来说显得至关重要。

在众多的储能系统中，锂硫电池是一种先进的储能系统，其具有理论容量大，成本低，环境友好等优点[1,2] 。

开发高性能的锂硫电极的关键是探索合适的材料，能够可靠、高效的承载硫。

近年来，碳材料因廉价易得、环境友好、电导率高等优点受到越来越多的关注，例如碳球[3]、活性炭[4]、石墨烯[5]、碳纳米管[6]、碳纳米纤维[7]等都具有优异的电化学性能。

石墨烯是目前已知的最轻最薄的二维材料，是由sp2杂化的碳原子相互连接，排列而成的二维蜂窝晶格材料，它具有高载流子迁移[15000cm2 /(Vs)]，比表面积大 （2630m2 /g）、导热性好[5300W/(mK)]等优点[8]，但它由于层间范德华力导致材料易堆积团聚，大大降低了比表面积；无定形碳具有廉价易得，稳定性高，比表面积高等优点，但导电性[9]和倍率性能差[10]；碳纳米管可看作由石墨烯片层卷曲而成的一维管状分子结构，两端由富勒烯半球封闭而成，一维纳米管（CNTs）具有优异的导电性、高比表面积，但它的电荷储存能力较差。

综上所述，如何克服单一碳基材料的结构和性能缺陷，合理构建优缺点互补的碳基复合材料成为碳材料设计和开发的新目标和挑战。

此外，润湿性及内阻等也会对碳材料的电化学性能产生一定影响，研究发现，杂原子（N、P、F等）掺杂到碳骨架中可以降低材料内阻，提高材料的导电性、润湿性以及电容性[11]。

Jeong等以木质素为前躯体材料，经过水热碳化、 KOH 活化和氮掺杂制备出蜂窝状纳米多孔碳，再与硫复合后制备的二次电池在 0.1C 条件下表现出1295mAh/g的初始放电容量，在经过600次循环后其容量仍保持在 647.2mAh/g ， 显示出优异的循环稳定性。

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