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ISSN 1000-6818CN 11-1892/O6CODEN WHXUEU
物理化学学报 >> 2017,Vol.33>> Issue(5)>> 968-975     doi: 10.3866/PKU.WHXB201702093         English Abstract
不同生物炭材料的制备及其在Li-S电池中的应用
李君涛1, 吴娇红1, 张涛1, 黄令2
1 厦门大学能源学院, 福建 厦门 361005;
2 厦门大学化学化工学院, 福建 厦门 361005
Full text: PDF (1878KB) 输出: BibTeX | EndNote (RIS)

通过可再生生物质制备的生物炭具有成本低、环保和资源可再生的优势。本研究以分布广泛的稻谷壳、芒草、杉木和柚子皮等生物质为原料,制备了4 种不同类型生物炭,然后研究了其作为锂-硫电池硫/碳正极的载体的性能。研究表明由稻谷壳制备的硫/生物炭正极材料表现出最高的比容量和最优的循环稳定性。为了进一步改善其电性能,以SiO2溶胶为模板制备了具有高孔隙率的稻谷壳生物炭,其多孔结构可有效抑制多硫化物的溶解。由此得到的硫/生物炭(硫含量为60%(w,质量分数))材料中的硫以无定型态均匀地分散在碳载体中。该材料表现出更优异的电化学性能:在0.2C(1C = 1675 mA·g-1)倍率下,首周放电容量为1534.1 mAh·g-1,循环100周后仍可保持在783.7 mAh·g-1;倍率性能测试中,在2.0C倍率下,材料的可逆容量为485.3 mAh·g-1



关键词: 锂硫电池   复合物   稻壳   芒草   杉木   柚子皮  
收稿日期 2016-12-28 修回日期 2017-02-03 网出版日期 2017-02-09
通讯作者: 李君涛 Email: jtli@xmu.edu.cn

基金资助: 国家自然科学基金(21373008)和中央高校基本科研业务费(20720160124)资助项目

引用文本: 李君涛, 吴娇红, 张涛, 黄令. 不同生物炭材料的制备及其在Li-S电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2017,33(5): 968-975.
LI Jun-Tao, WU Jiao-Hong, ZHANG Tao, HUANG Ling. Preparation of Biochar from Different Biomasses and Their Application in the Li-S Battery[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(5): 968-975.    doi: 10.3866/PKU.WHXB201702093

(1) Xin, S.; Gu, L.; Zhao, N. H.; Yin, Y. X.; Zhou, L. J.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18510. doi: 10.1021/ja308170k
(2) Yang, Z.; Zhang, W.; Shen, Y.; Yuan, L. X.; Huang, Y. H. ActaPhys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1062. [杨泽, 张旺, 沈越, 袁利霞, 黄云辉. 物理化学学报, 2016, 32, 1062.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201603231
(3) Ji, H. X.; Ruoff, R. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 797. [季恒星, Ruoff, Rodney S. 物理化学学报, 2016, 32, 797.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201602192
(4) Yin, Y. X.; Xin, S; Guo, Y. G.; Wan, L. J. Angew. Chem. Int.Edit. 2013, 52, 13186. doi: 10.1002/anie.201304762
(5) Su, Y. S.; Manthiram, A. Nat. Commun. 2012, 3, 1166.doi: 10.1038/ncomms2163
(6) Lin, Z.; Liu, Z. C.; Fu, W. J.; Dudney, N. J.; Liang, C. D. Adv.Funct. Mater. 2013, 23, 1064. doi: 10.1002/adfm.201200696
(7) Zhang, S. S.; Read, J. A. J. Power Sources 2012, 200, 77.doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.10.076
(8) Suo, L. M.; Hu, Y. S.; Li, H.; Armand, M.; Chen, L. Q. Nat.Commun. 2013, 4, 1481. doi: 10.1038/ncomms2513
(9) Jeddi, K.; Ghaznavi, M.; Chen, P. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 2769. doi: 10.1039/c3ta01169k
(10) Wang, L.; He, X. M.; Li, J. J.; Chen, M.; Gao, J.; Jiang, C. Y.Electrochim. Acta 2012, 72, 114. doi: 10.1016/j.electacta.2012.04.005
(11) Zheng, G. Y.; Yang, Y.; Cha, J. J.; Hong, S. S.; Cui, Y. NanoLett. 2011, 11, 4462. doi: 10.1021/nl304795g
(12) Guo, J. C.; Xu, Y. H.; Wang, C. S. Nano Lett. 2011, 11, 4288.doi: 10.1021/nl202297p
(13) Zhang, C. F.; Wu, H. B.; Yuan, C. Z.; Guo, Z. P.; Lou, X.W.Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51, 9592. doi: 10.1002/anie.201205292
(14) Chung, S. H.; Manthiram, A. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 9590.doi: 10.1039/c3ta11819c
(15) Demir-Cakan, R.; Morcrette, M.; Nouar, F.; Davoisne, C.; Devic, T.; Gonbeau, D.; Dominko, R.; Serre, C.; Ferey, G.; Tarascon, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16154.doi: 10.1021/ja2062659
(16) Xi, K.; Cao, S.; Peng, X. Y.; Ducati, C.; Kumar, R. V.; Cheetham, A. K. Chem. Commun. 2013, 49, 2192. doi: 10.1039/c3cc38009b
(17) Stephan, A. M.; Kumar, T. P.; Ramesh, R.; Thomas, S.; Jeong, S.K.; Nahm, K. S. Mater. Sci. Eng. A 2006, 430, 132. doi: 10.1016/j.msea.2006.05.131
(18) Fey, G. T. K.; Lee, D. C.; Lin, Y. Y.; Kumar, T. P. Synth. Met.2003, 139, 71. doi: 10.1016/S0379-6779(03)00082-1
(19) Arrebola, J. C.; Caballero, A.; Hernan, L.; Morales, J.; Olivares-Martin, M.; Gomez-Serrano, V. J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A791. doi: 10.1149/1.3425728
(20) Xing, W.; Xue, J. S.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 1996, 143, 3046. doi: 10.1149/1.1837162
(21) Hwang, Y. J.; Jeong, S. K.; Nahm, K. S.; Shin, J. S.; Stephan, A.M. J. Phys. Chem. Solids 2007, 68, 182. doi: 10.1016/j.jpcs.2006.10.007
(22) Wu, X. L.; Chen, L. L.; Xin, S.; Yin, Y. X.; Guo, Y. G.; Kong, Q.S.; Xia, Y. Z. ChemSusChem 2010, 3, 703. doi: 10.1002/cssc.201000035
(23) Zhang, B.; Xiao, M.; Wang, S. J.; Han, D. M.; Song, S. Q.; Chen, G. H.; Meng, Y. Z. ACS Appl. Mater. Interface 2014, 6, 13174. doi: 10.1021/am503069j
(24) Zhang, Y. C.; You, Y.; Xin, S.; Yin, Y. X.; Zhang, J.; Wang, P.; Zheng, X. S.; Cao, F. F.; Guo, Y. G. Nano Energy 2016, 25, 120.doi: 10.1016/j.nanoen.2016.04.043
(25) Fey, G. T. K.; Chen, C. L. J. Power Sources 2001, 9798, 47.doi: 10.1016/S0378-7753(01)00504-3
(26) Zhang, F.; Wang, K. X.; Li, G. D.; Chen, J. S. Electrochem.Commun. 2009, 11, 130. doi: 10.1016/j.elecom.2008.10.041
(27) Zhang, J.; Xiang, J. Y.; Dong, Z. M.; Liu, Y.; Wu, Y. S.; Xu, C.M.; Du, G. H. Electrochim. Acta 2014, 116, 146. doi: 10.1016/j.electacta.2013.11.035
(28) Tao, X. Y.; Zhang, J. T.; Xia, Y.; Huang, H.; Du, J.; Xiao, H.; Zhang, W. K.; Gan, Y. P. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 2290.doi: 10.1039/c3ta14113f
(29) Moreno, N.; Caballero, A.; Hernan, L.; Morales, J. Carbon 2014, 70, 241. doi: 10.1016/j.carbon.2014.01.002
(30) Li, X. L.; Cao, Y. L.; Qi, W.; Saraf, L. V.; Xiao, J.; Nie, Z. M.; Mietek, J.; Zhang, J. G.; Schwenzer, B.; Liu, J. J. Mater. Chem.2011, 21, 16603. doi: 10.1039/c1jm12979a
(31) Chen, S. R.; Zhai, Y. P.; Xu, G. L.; Jiang, Y. X.; Zhao, D. Y.; Li, J. T.; Huang, L.; Sun, S. G. Electrochim. Acta 2011, 56, 9549.doi: 10.1016/j.electacta.2011.03.005
(32) Ye, X. M.; Ma, J.; Hu, Y. S.; Wei, H. Y.; Ye, F. F. J. Mater.Chem. A 2016, 4, 775. doi: 10.1039/c5ta08991c
(33) Tang, C.; Li, B. Q.; Zhang, Q.; Zhu, L.; Wang, H. F.; Shi, J. L.; Wei, F. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 577. doi: 10.1002/adfm.201503726
(34) Mi, K.; Jiang, Y.; Feng, J. K.; Qian, Y. T.; Xiong, S. L. Adv.Funct. Mater. 2016, 26, 1571. doi: 10.1002/adfm.201504835

1. 檀康明, 闫敏楠, 王英男, 解令海, 钱妍, 张宏梅, 黄维.基于激子和电致激基复合物双重发光的白光OLED[J]. 物理化学学报, 2017,33(5): 1057-1064
2. 李宛飞, 刘美男, 王健, 张跃钢.化学改性碳在锂硫电池中的研究进展[J]. 物理化学学报, 2017,33(1): 165-182
3. 关玉巧, 宋娟, 孙威, 章琴, 汤超, 李雪, 冯晓苗, 钱妍, 陶友田, 陈淑芬, 汪联辉, 黄维.一步法合成螺双芴及螺氧杂蒽衍生物及其在有机发光二极管中的应用:性能增强及相关的光学现象[J]. 物理化学学报, 2016,32(6): 1534-1542
4. 杨泽, 张旺, 沈越, 袁利霞, 黄云辉.下一代能源存储技术及其关键电极材料[J]. 物理化学学报, 2016,32(5): 1062-1071
5. 胡丽芳, 何杰, 刘媛, 赵芸蕾, 陈凯.TiO2-HNbMoO6复合材料的结构特征及其光催化性能[J]. 物理化学学报, 2016,32(3): 737-744
6. 朱守圃, 吴甜, 苏海明, 瞿姗姗, 解永娟, 陈铭, 刁国旺.水热法制备Fe3O4/rGO纳米复合物作为锂离子电池阳极材料[J]. 物理化学学报, 2016,32(11): 2737-2744
7. 王经东, 李爽, 吕荣, 于安池.酪氨酸猝灭Eosin Y的荧光[J]. 物理化学学报, 2015,31(9): 1787-1794
8. 丁万见, 方维海, 柴之芳, 王东琪.采用12种密度泛函理论方法表征三种三价铀复合物[J]. 物理化学学报, 2015,31(7): 1283-1301
9. 杜海英, 王兢, 乔俏, 孙炎辉, 邵强, 李晓干.ZnO/PPy异质纳米复合材料的制备、表征及其气敏特性[J]. 物理化学学报, 2015,31(4): 800-806
10. 齐齐, 王育乔, 王莎莎, 祁昊楠, 卫涛, 孙岳明.还原氧化石墨烯/TiO2纳米复合物制备及其光催化性能[J]. 物理化学学报, 2015,31(12): 2332-2340
11. 李庆洲, 李玉惠, 李亚娟, 刘又年.石墨烯/硫复合正极材料的一步水热法制备与电化学性能[J]. 物理化学学报, 2014,30(8): 1474-1480
12. 刘欣, 解晶莹, 赵海雷, 吕鹏鹏, 王可, 丰震河, 王梦微.锂离子电池高比容量FeSn2-C复合负极材料的合成与性能[J]. 物理化学学报, 2014,30(7): 1281-1289
13. 朱丽英, 晏晓琴, 张红漫, 林东强, 姚善泾, 江凌.壳聚糖-纤维素硫酸钠聚电解质复合物膜对药物表观渗透系数的测试[J]. 物理化学学报, 2014,30(2): 365-370
14. 刘素芹, 王松, 戴高鹏, 鲁俊, 刘科.复合碳纳米管增强纳米Ag2CO3的可见光催化活性和稳定性[J]. 物理化学学报, 2014,30(11): 2121-2126
15. 陈强, 努丽燕娜, 郭维, 杨军, 王久林, 郭玉国.可充镁电池正极材料PTMA/石墨烯[J]. 物理化学学报, 2013,29(11): 2295-2299
16. 石琴, 门春艳, 李娟.氧化石墨烯/聚吡咯插层复合材料的制备和电化学电容性能[J]. 物理化学学报, 2013,29(08): 1691-1697
17. 夏娟, 宋乐新, 党政, 邵志成.聚乙二醇-四氧化三铁纳米粒子复合材料的结构、物理性质及应用[J]. 物理化学学报, 2013,29(07): 1524-1533
18. 朱俊, 余学超, 王时茂, 董伟伟, 胡林华, 方晓东, 戴松元.硫化亚铜对电极在量子点敏化太阳电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2013,29(03): 533-538
19. 刘冬佳, 王长生.取代基对1-甲基尿嘧啶与N-甲基乙酰胺氢键复合物中氢键强度的影响[J]. 物理化学学报, 2012,28(12): 2809-2816
20. 王羽, 蒋骏骢, 朱月香, 谢有畅.有机物单层分散在相关材料制备中的应用[J]. 物理化学学报, 2012,28(10): 2327-2335
21. 黄阳玉, 阳秀凤, 李昊田, 纪晓峰, 程洪礼, 赵蕴杰, 郭大川, 李林, 刘士勇.蛋白质-RNA相互作用界面预测与设计[J]. 物理化学学报, 2012,28(10): 2390-2400
22. 高思敏, 王红艳, 林月霞, 李汝虎.黄曲霉素B1在银团簇表面吸附的表面增强拉曼光谱[J]. 物理化学学报, 2012,28(09): 2044-2050
23. 安亭, 曹慧群, 赵凤起, 任晓宁, 田德余, 徐司雨, 高红旭, 谭艺, 肖立柏.纳米Ag/CNTs复合材料的制备、表征及对环三亚甲基三硝胺热分解的影响[J]. 物理化学学报, 2012,28(09): 2202-2208
24. 申剑磊, 杨新国, 黄燎, 沈启立, 刘振辉, 张凤菊.新型三嗪桥连的双1,8-萘酰亚胺衍生物的合成及其光物理行为[J]. 物理化学学报, 2012,28(08): 1992-1999
25. 林克江, 朱冬吉, 冷勇敢, 尤启冬.人甲状腺旁素1型受体的结构特征[J]. 物理化学学报, 2012,28(07): 1783-1789
26. 张愚, 马宁, 王伟周.氢键复合物中键长变化与振动频率移动相关性重访[J]. 物理化学学报, 2012,28(03): 499-503
27. 豆育升, 李伟, 袁帅, 张文英, 李安阳, 舒坤贤, 唐红.堆积的胸腺嘧啶体系光物理失活的动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2011,27(11): 2559-2564
28. 高云燕, 李海霞, 欧植泽, 郝平, 李嫕, 杨国强.多壁碳纳米管负载Fe3O4磁性纳米粒子表面吸附增强过氧化酶的催化活性[J]. 物理化学学报, 2011,27(10): 2469-2477
29. 孙磊, 白福全, 张红星.理论研究Ag/MPH/TiO2体系的SERS光谱化学增强机理[J]. 物理化学学报, 2011,27(06): 1335-1340
30. 程凤, 黄可龙, 刘素琴, 房雪松, 张新.表面活性剂碳化法合成Fe3O4/C复合物及其电化学性能[J]. 物理化学学报, 2011,27(06): 1439-1445
31. 刘振海, 尚亚卓, 黄永民, 彭昌军, 刘洪来.大离子诱导聚电解质/表面活性剂复合物的解离[J]. 物理化学学报, 2011,27(05): 1135-1142
32. 王万霞, 何云飞, 尚亚卓, 刘洪来.Gemini表面活性剂(12-6-12)和DNA的相互作用[J]. 物理化学学报, 2011,27(01): 156-162
33. 何小丹, 姜丹, 陈琛, 储艳秋, 丁传凡, 翁志洁, 李建其.抗抑郁化合物SIPI5358与环糊精形成的非共价复合物[J]. 物理化学学报, 2010,26(10): 2604-2612
34. 杨帆, 于龙江, 王鹏, 艾希成, 王征宇, 张建平.紫色光合细菌ThermochromatiumTepidum捕光天线复合物2的激发态动力学[J]. 物理化学学报, 2010,26(07): 2021-2030
35. 王素凡, 周运友, 叶世勇, 周涛, 黄玉成.葫芦脲[7]与核黄素包结物的可能结构和光谱性质[J]. 物理化学学报, 2010,26(05): 1417-1422
36. 马艳芸 曾杰 夏幼南.基于AuCl(油胺)复合物合成形貌可控的金纳米结构[J]. 物理化学学报, 2009,25(05): 1026-1032
37. 李会学;王晓峰;董小宁;袁焜;朱元成;萧泰.烟酸二聚体的结构与性质[J]. 物理化学学报, 2009,25(01): 161-168
38. 储艳秋;潘婷婷;戴兆云;俞卓伟;郑松柏;丁传凡.谷胱甘肽与D型氨基酸非共价复合物的质谱[J]. 物理化学学报, 2008,24(11): 1981-1987
39. 苏碧桃;左显维;胡常林;雷自强.导电聚苯胺与磁性CoFe2O4纳米复合物的合成及其电磁性能[J]. 物理化学学报, 2008,24(10): 1932-1936
40. 苟国敬;鲍凤娟;许红平;郑志详.药物释放环境对层状复合氢氧化物载体的影响[J]. 物理化学学报, 2008,24(09): 1675-1680
41. 张士国;张立超;杨频.胞嘧啶与一氧化碳复合物的结构与性质[J]. 物理化学学报, 2008,24(09): 1637-1642
42. 袁焜;刘艳芝;吕玲玲;马伟超.(CH3)2S与HOCl分子间的卤键和氢键相互作用[J]. 物理化学学报, 2008,24(07): 1257-1263
43. 袁焜;刘艳芝;吕玲玲.气相中开壳型(CH3)2S(O)…HOO红移氢键复合物的结构与性质[J]. 物理化学学报, 2008,24(05): 861-867
44. 赵振兴;夏春谷;薛群基;李殿卿;刘鹏程.球形SiO2-Al2O3的制备、结构和性能[J]. 物理化学学报, 2007,23(04): 549-553
45. 冯真真;努丽燕娜;杨军.导电含硫材料/聚苯胺复合物作为镁二次电池的正极材料[J]. 物理化学学报, 2007,23(03): 327-331
46. 胡义华;林家勇;武华;陈仁;王小涓;杨世和.复合物Mg+-S2(CH3)2的光诱导反应[J]. 物理化学学报, 2006,22(06): 744-746
47. 张志红;陈茂笃;丛书林;韩克利.S(1D)+D2反应的立体动力学理论研究[J]. 物理化学学报, 2006,22(05): 557-561
48. 沈龙珠;李春华;马晓慧;常珊;陈慰祖;王存新.针对蛋白质复合物Other类型的打分函数[J]. 物理化学学报, 2006,22(05): 622-626
49. 胡义华;张兴初;武华;王小涓;陈丽;刘海川;杨世和.复合物Mg+-NCSCH3光诱导反应[J]. 物理化学学报, 2005,21(04): 435-438
50. 于学春;彭海琳;张然;张莹莹;刘忠范.含碘系列电荷转移复合物的热分解温度对烧孔阈值电压的影响[J]. 物理化学学报, 2004,20(06): 565-568
51. 李来才;钱一鸣;朱元强;田安民.CH3+HNCO反应机理的理论研究[J]. 物理化学学报, 2004,20(03): 228-232
52. 姜凌;毛希安.化学位移估算研究ATP构象随溶液pH值的变化[J]. 物理化学学报, 2002,18(09): 796-801
53. 张天莉;严继民;孔繁敖.氯取代丙烷伯氢反应的准经典轨线研究[J]. 物理化学学报, 2001,17(02): 119-122
54. 王明亮, 张俊祥, 刘举正, 徐春祥.一种新型苯乙烯衍生物的光致发光与电致发光[J]. 物理化学学报, 2000,16(08): 677-680
55. 张天莉, 徐立进, 严继民, 孔繁敖.氯原子与丙烷反应的准经典轨线研究[J]. 物理化学学报, 1999,15(11): 1045-1048
56. 朱月香, 潘晓民, 谢有畅.蔗糖在氧化铝表面的分散[J]. 物理化学学报, 1999,15(09): 830-833
57. 王任小, 李维忠, 来鲁华, 唐有祺.酶-配体复合物亲和性的计算[J]. 物理化学学报, 1998,14(09): 826-832
58. 李洪启,姚钟麒,刘丹,谭干祖,俞贤达.四硫代富瓦烯及其CT复合物导电LB膜[J]. 物理化学学报, 1997,13(11): 1034-1039
59. 佘益民,熊晓虹,周雨,刘淑莹.两种氨基酸中[MH-CO2H2]+的特征质谱碎裂[J]. 物理化学学报, 1997,13(03): 252-257
60. 朱传宝,严继民.内嵌复合物X@C60中相互作用的变化规律与键本质[J]. 物理化学学报, 1996,12(09): 796-803
61. 骆兆文,邓巧临,来鲁华,徐筱杰,唐有祺.磷脂酶A2及其复合物的分子动力学研究[J]. 物理化学学报, 1995,11(07): 622-626
62. 常友明,邓晓东,李春秋.部花菁染料的多重电荷转移复合物的研究[J]. 物理化学学报, 1995,11(06): 572-575
63. 卓济苍;胡加平;王夔.胆汁酸盐-胆红素-钙离子三元复合物的构象性质[J]. 物理化学学报, 1992,8(03): 389-393
64. 力国民, 朱保顺, 梁丽萍, 田玉明, 吕宝亮, 王连成.基于核壳结构Co3Fe7@C的高效微波吸收材料[J]. 物理化学学报, 0,(): 0-0
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