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含氟的共價(jià)有機(jī)框架材料用于制備鋰硫電池隔膜材料的方法

850   編輯:中冶有色網(wǎng)   來(lái)源:南京工業(yè)大學(xué)  
2023-10-23 13:43:58
1.本發(fā)明屬于能源材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種含氟的共價(jià)有機(jī)框架材料用于制備鋰硫電池隔膜材料的方法,具有該隔膜的鋰硫電池。 背景技術(shù): 2.共價(jià)有機(jī)框架(cofs)是一類(lèi)結(jié)晶性多孔有機(jī)材料,通過(guò)共價(jià)鍵連接,具有有序的孔徑和可控的結(jié)構(gòu)。cofs在氣體存儲(chǔ)和分離、光電材料、催化應(yīng)用和其他領(lǐng)域方面具有很高的潛力。近年來(lái)cofs材料在電池和超級(jí)電容器等儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展已成為解決世界各地能源短缺問(wèn)題的戰(zhàn)略措施之一,在這些電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中,鋰硫(li-s) 電池因其高能量密度和環(huán)境友好性而是一種很有前途的候選電池。然而,鋰-硫電池的大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程中受制于可溶性高階多硫化鋰 (lithium polysulfides,lipss;li2sn,4≤n≤8)的“穿梭效應(yīng)”及硫物種相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué),造成了鋰-硫電池的容量衰減的不可逆,硫的利用率低,庫(kù)侖效率降低等問(wèn)題。 3.鋰硫電池作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù),通過(guò)化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化。利用硫作為正極材料,其材料理論比容量和電池理論能量密度,分別高達(dá)1675mah/g和2600wh/kg,受到學(xué)者和業(yè)界的廣泛關(guān)注而成為研究熱點(diǎn)。然而,在充放電過(guò)程中,正極產(chǎn)生的可溶性多硫化物,穿過(guò)隔膜向負(fù)極擴(kuò)散,造成“穿梭效應(yīng)”,嚴(yán)重阻礙了鋰硫電池的商業(yè)化進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用。 4.如何有效抑制多硫化物的“穿梭效應(yīng)”,提升鋰硫電池能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性,已成為當(dāng)前研究鋰硫電池的熱點(diǎn)方向。雜元素?fù)诫s策略能調(diào)控碳材料的電子結(jié)構(gòu)并改變材料的極性,賦予碳材料新的特性。雜原子的摻雜一定程度上增強(qiáng)了多硫化物在陰極中的捕獲效率,但由于受限的比表面積和低摻雜率,俘獲效率并不理想。此外,無(wú)定形多孔碳的不規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)和較寬的孔徑分布,阻礙了硫的均勻分布和再沉積。 5.從研究現(xiàn)狀及進(jìn)展來(lái)看,研究開(kāi)發(fā)新型功能化隔膜材料為解決多硫化物的“穿梭效應(yīng)”提供了一種良策。然而,在材料的實(shí)際研究中仍然存在很多挑戰(zhàn)。比如:(1)比表面積小、孔徑尺寸不適宜;(2) 捕獲強(qiáng)度和效率不高;(3)催化效率低,相關(guān)機(jī)理尚不完善。鑒于此,本發(fā)明擬通過(guò)合理地設(shè)計(jì),制備比表面積大、結(jié)晶度高、孔道性質(zhì)可調(diào)、與多硫化物有強(qiáng)相互作用的新型有機(jī)框架隔膜材料,提升催化轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)過(guò)程,有效抑制多硫化物的穿梭。并對(duì)相關(guān)機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)研究,為進(jìn)一步指導(dǎo)分子結(jié)構(gòu)和有機(jī)框架材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。 6.
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