金属酞菁用于锂硫电池多硫化锂转化的催化作用研究

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锂硫电池被视为有希望的新一代储能系统之一。然而,可溶性多硫化锂(LiPSs)缓慢动力学反应使得其在电解液逐渐累积,进而诱发穿梭效应。可溶性LiPSs在锂硫电池内部的穿梭造成电池快速的容量衰减和较差的循环稳定性,阻碍了电池商业化应用。引入催化材料加速可溶性LiPSs的转化是克服穿梭效应的根本方法。金属酞菁,一类具有16中心18π电子芳香共轭体系的二维大环配合物,其独特的Metal-N4配位结构对可溶性LiPSs具有很高的催化活性。本论文应用配合物金属酞菁大分子,探究其对LiPSs转化的促进作用,主要工作如下:1.将四氨基酞菁钴溶解在DOL/DME电解液构成均相催化剂。对称电池循环伏安测试表明四氨基酞菁钴在电解液里单分子分散可以促进可溶性LiPSs的转化。当四氨基酞菁钴作为锂硫电池电解质添加剂,LiPSs穿梭效应受到抑制,使得电池在0.1 C的电流密度展现出1395 m Ah g-1的高比容量和改善的倍率性能。2.利用石墨烯和酞菁钴的π-π吸附作用,克服酞菁钴分子的自聚集,以非共价键结合的方式构筑酞菁钴分子级分散在石墨烯上的复合物。采用对称电池评价了酞菁钴自聚集程度对LiPSs转化的催化作用,结果表明随着分子自聚集程度减弱,酞菁钴催化作用愈强,当酞菁钴在石墨烯表面完全以分子级分散的时侯,表现出最好的催化性能。3.选用旋转圆盘电极和对称电池考察不同中心金属酞菁对LiPSs转化的催化性能。结果表明,随着酞菁中心金属的改变,金属酞菁在促进LiPSs转化的能力上表现出明显的差异。
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