西安交大：棉花為原料合成蜂窩狀碳材料，增強鋰硫電池電化學性能

成果簡介

高能量密度的鋰硫電池是最有前途的下一代先進電池。然而，目前存在的嚴重的穿梭效應和絕緣性能問題限制了其進一步的應用。本文針對上述問題，西安交通大學徐慧 、楊志懋、Chuncai Kong 等研究人員在《Energy Fuels》期刊發表名為「Low-Cost Synthetic Honeycomb-like Carbon Derived from Cotton as a Sulfur Host for the Enhanced Electrochemical Performances of Lithium–Sulfur Batteries」的論文，研究設計並製備了由棉花合成蜂窩狀多孔碳作為硫磺基質。

在700℃下炭化的棉織物具有豐富的中孔/大孔，並表現出較高的比表面積（458.85m2 g–1）。碳硫複合材料顯示，在100毫安時，第一個循環的容量相對較高，為1271mAh g–1。經600℃處理的碳具有豐富的碳氧基，有利於可溶性多硫化物的化學吸附。高硫負載（74 wt％）的C / S電極在200個循環中顯示出大跨度循環穩定性。受益於交聯的優異導電性碳 C / S複合棉纖維具有獨特的多孔結構以及用於捕集硫和多硫化物的獨特多孔結構，對高級鋰硫電池表現出卓越的性能。

圖文導讀

圖1.設計棉質C / S複合材料的示意圖。

圖2.（a）CC-500，

（b）CC-600和（c）CC-700的SEM圖像；

（d）CC-500，

（e）CC-600和（f）CC-700的TEM圖像;

（g）CC- X的 FTIR光譜；

（h）CC- X和多硫化鋰中界面相互作用的示意圖。

圖3. CC- X矩陣中的結構特性（X = 500、600、700）。

（a）N 2吸附-解吸等溫線；

（b）孔徑分布曲線；

（c）CC- X的物理特性；

（d）拉曼光譜。

圖4.（a）CCS-500，

（b）CCS-600

（c）CCS-700的SEM圖像和元素分布；

（d）CCS- X（X = 500; 600; 700）和純硫的TGA曲線;

（e）CCS- X和純硫的XRD圖譜。

圖5. CCS- X的電化學性質（X = 500; 600; 700）

3小結

綜上所述，以環保棉花為碳源通過簡單活化和低成本碳化的方法合成蜂窩狀多孔碳材料。將製備的碳材料用於固硫，並對其作為lsb陰極進行了探索。交聯碳纖維實現了電子的快速傳遞，石墨化碳基體有效地提高了陰極的導電性。蜂窩狀多孔結構可以提供豐富的離子轉移通道，並在循環過程中緊密地捕獲可溶性多硫化物。這些特性使CCS電極具有優良的電化學性能。相比之下，在100和200次循環之間，觀察到CCS-700（1271.9 mAh g–1）在100 mA g–1下的高初始比容量和800 mA g–1下的良好容量保持率（87.8%），這可能是由於孔隙率和氧基數量的平衡所致。

文獻：

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導師簡介：

徐慧，副研究員。

聯繫方式:[e-mail]

2010年博士畢業於英國曼徹斯特大學。2015年加入西安交通大學納米科學與工程技術學院（蘇州）。在此之前有三年世界500強大型外企研發經驗。

教育背景：

英國曼徹斯特大學 材料學 博士（2006-2010）

西安交通大學 料科學與工程 碩士（2003-2006）

西安交通大學 科學與工程 本科（1999-2003）

主要研究方向：

1、納米新能源材料：新型鋰離子電池電極材料與固體電解質材料的研究

2、無機非金屬納米複合材料的製備與研究
承擔項目：

目前主持和參與省市級科研項目5項，參與「校企協同工作站」橫向課題1項