碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

doi:10.3866/PKU.WHXB201301081

物理化学学报 >> 2013, Vol. 29 >> Issue (03): 546-552.doi: 10.3866/PKU.WHXB201301081

碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

徐桂银, 丁兵, 聂平, 骆宏钧, 张校刚

南京航空航天大学材料科学与技术学院, 南京 210016

收稿日期:2012-10-08 修回日期:2013-01-07 发布日期:2013-02-25
通讯作者: 张校刚 E-mail:azhangxg@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(21173120); 江苏省自然科学基金重点专项(BK2011030)及南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金(kfjj120209)资助

Preparation and Electrochemical Performance of Carbon Nanotubes/ Graphene Oxide/Sulfur Complex Cathode Material

XU Gui-Yin, DING Bing, NIE Ping, LUO Hong-Jun, ZHANG Xiao-Gang

College of Material Science & Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, P.R. China

Received:2012-10-08 Revised:2013-01-07 Published:2013-02-25
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (21173120), Natural Science Foundation of Jiangsu Province, China (BK2011030), and Funding of Graduate Innovation Center in Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, China (kfjj120209).

摘要/Abstract

摘要：

以碳纳米管和氧化石墨烯(CNTs/GO)为主体材料, 通过化学还原法制备了CNTs/GO 负载硫的复合正极材料CNTs/GO/S. 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)测试表明, CNTs 均匀插层在GO片间, 从而形成三维多孔结构, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在CNTs/GO 表面. 电化学测试表明,CNTs/GO/S复合材料具有高的比容量和良好的循环稳定性: 在1C倍率电流密度下, 复合材料首次放电比容量高达904 mAh·g^-1, 经过50圈循环之后, 复合材料的比容量仍保持在578 mAh·g^-1.

关键词: 锂-硫电池, 氧化石墨烯, 碳纳米管, 复合材料, 循环性能

Abstract:

Three-dimensional (3D) hierarchical CNTs/GO/S ternary composites were prepared by solution-based reaction-deposition, using graphene oxide (GO) and carbon nanotubes (CNTs) as precursors. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscope (TEM) indicated a uniform S coating on CNTs/GO which arose because of the large GO specific surface area. CNTs interspersed between the GO layers to form a 3D porous structure. Constant current charge-discharge tests showed that CNTs/GO/S composites had a high discharge capacity and excellent cycling stability, and delivered a high initial discharge capacity of 904 mAh·g^-1 at 1C rate. After 50 cycles at the same rate, the reversible capacity remained at 578 mAh·g^-1.

Key words: Lithium-sulfur battery, Graphene oxide, Carbon nanotube, Composite, Cycling performance

徐桂银, 丁兵, 聂平, 骆宏钧, 张校刚. 碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能[J]. 物理化学学报, 2013, 29(03), 546-552. doi: 10.3866/PKU.WHXB201301081

XU Gui-Yin, DING Bing, NIE Ping, LUO Hong-Jun, ZHANG Xiao-Gang. Preparation and Electrochemical Performance of Carbon Nanotubes/ Graphene Oxide/Sulfur Complex Cathode Material[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29(03), 546-552. doi: 10.3866/PKU.WHXB201301081

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201301081

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2013/V29/I03/546

参考文献

(1) Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J.M. Nat. Mater. 2012, 11 (1), 19. doi: 10.1038/nmat3191
(2) Yao, Z. D.;Wei,W.;Wang, J. L.; Yang, J.; Nuli, Y. N. ActaPhys. -Chim. Sin. 2011, 27 (5), 1005. [姚真东, 魏巍, 王久林, 杨军, 努丽燕娜. 物理化学学报, 2011, 27 (5), 1005.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20110345
(3) Xiao, L. F.; Cao, Y. L.; Xiao, J.; Schwenzer, B.; Engelhard, M.H.; Saraf, L. V.; Nie, Z. M.; Exarhos, G. J.; Liu, J. Adv. Mater.2012, 24 (9), 1176. doi: 10.1002/adma.201103392
(4) Ai, X. P.; Cao, Y. L.; Yang, H. X. J. Electrochemistry 2012, 18 (3), 224. [艾新平, 曹余良, 杨汉西. 电化学, 2012, 18 (3),224.]
(5) Ji, X. L.; Nazar, L. F. J. Mater. Chem. 2010, 20 (44), 9821. doi: 10.1039/b925751a
(6) Aurbach, D.; Pollak, E.; Elazari, R.; Salitra, G.; Kelley, C. S.;Affinito, J. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A694. doi: 10.1149/1.3148721
(7) Mikhaylik, Y. V.; Akridge, J. R. J. Electrochem. Soc. 2004, 151 (11), A1969. doi: 10.1149/1.1806394
(8) Choi, N. S.; Chen, Z. H.; Freunberger, S. A.; Ji, X. L.; Sun, Y.K.; Amine, K.; Yushin, G.; Nazar, L. F.; Cho, J.; Bruce, P. G.Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51 (40), 9994. doi: 10.1002/anie.201201429
(9) Wang,W. K.;Wang, A. B.; Cao, G. P.; Yang, Y. S. ActaPhys. -Chim. Sin. 2004, 20 (12), 1440. [王维坤, 王安邦, 曹高萍, 杨裕生. 物理化学学报, 2004, 20 (12), 1440.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20041208
(10) Wang, C.; Chen, J. J.; Shi, Y. N.; Zheng, M. S.; Dong, Q. F.Electrochim. Acta 2010, 55 (23), 7010. doi: 10.1016/j.electacta.2010.06.019
(11) Elazari, R.; Salitra, G.; Garsuch, A.; Panchenko, A.; Aurbach, D.Adv. Mater. 2011, 23 (47), 5641. doi: 10.1002/adma.v23.47
(12) Yin, L. C.;Wang, J. L.; Lin, F. J.; Yang, J.; Nuli, Y. N. EnergyEnviron. Sci. 2012, 5 (5), 6966. doi: 10.1039/c2ee03495f
(13) Rao, M. M.; Li,W. S.; Cairns, E. J. Electrochem. Commun.2012, 17, 1. doi: 10.1016/j.elecom.2011.12.022
(14) Ji, X. L.; Lee, K. T.; Nazar, L. F. Nat. Mater. 2009, 8 (6), 500.doi: 10.1038/nmat2460
(15) Wang, J. L.; Yang, J.; Xie, J. Y.; Xu, N. X.; Li, Y. Electrochem.Commun. 2002, 4 (6), 499.
(16) Ji, L.W.; Rao, M. M.; Aloni, S.;Wang, L.; Cairns, E. J.; Zhang,Y. G. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (12), 5053. doi: 10.1039/clee02256c
(17) Wang, D.W.; Zhou, G. M.; Li, F.;Wu, K. H.; Lu, G. Q.; Cheng,H. M.; Gentle, I. R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (24),8703. doi: 10.1039/c2cp40808b
(18) Ji, L.W.; Rao, M. M.; Zheng, H. M.; Zhang, L.; Li, Y. C.; Duan,W. H.; Guo, J. H.; Cairns, E. J.; Zhang, Y. G. J. Am. Chem. Soc.2011, 133 (46), 18522. doi: 10.1021/ja206955k
(19) Buglione, L.; Pumera, M. Electrochem. Commun. 2012, 17, 45.doi: 10.1016/j.elecom.2012.01.018
(20) Huang, Z. D.; Zhang, B.; Oh, S.W.; Zheng, Q. B.; Lin, X. Y.;Yousefi, N.; Kim, J. K. J. Mater. Chem. 2012, 22 (8), 3591.doi: 10.1039/c2jm15048d
(21) Hummers,W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80,1339. doi: 10.1021/ja01539a017
(22) Che, Q.; Zhang, F.; Zhang, X. G.; Lu, X. J.; Ding, B.; Zhu, J. J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (4), 837. [车倩, 张方,张校刚, 卢向军, 丁兵, 朱佳佳. 物理化学学报, 2012, 28 (4),837.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201202074
(23) Zhang, L.; Ji, L.W.; Glans, P. A.; Zhang, Y. G.; Zhu, J. F.; Guo,J. H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (39), 13670. doi: 10.1039/c2cp42866k
(24) Cheon, S. E.; Choi, S. S.; Han, J. S.; Choi, Y. S.; Jung, B. H.;Lim, H. S. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A2067. doi: 10.1149/1.1815153
(25) Chen, J. J.; Zhang, Q.; Shi, Y. N.; Qin, L. L.; Cao, Y.; Zheng, M.S.; Dong, Q. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (16), 5376.doi: 10.1039/c2cp40141j
(26) Wang, Y. X.; Huang, L.; Sun, L. C.; Xie, S. Y.; Xu, G. L.; Chen,S. R.; Xu, Y. F.; Li, J. T.; Chou, S. L.; Dou, S. X.; Sun, S. G. J.Mater. Chem. 2012, 22 (11), 4744. doi: 10.1039/c2jm15041g

[1]	陈瑶, 陈存, 曹雪松, 王震宇, 张楠, 刘天西. CO₂和N₂电还原中缺陷及界面工程的最新进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2212053 -0 .
[2]	赵信硕, 邱海燕, 邵依, 王攀捷, 余石龙, 李海, 周郁斌, 周战, 马录芳, 谭超良. 银纳米粒子修饰的二维金属-有机框架纳米片用于光热增强银离子释放抗菌[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2211043 -0 .
[3]	吕浩亮, 王雪杰, 杨宇, 刘涛, 张留洋. 还原氧化石墨烯包覆MOF衍生In₂Se₃用于钠离子电池负极[J]. 物理化学学报, 2023, 39(3): 2210014 -0 .
[4]	孔菁, 张金贵, 张素芬, 奚菊群, 沈明. 可见光激发的BiOI/ZnO纳米复合抗菌剂制备及其抗菌活性与机制[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2212039 - .
[5]	吴昆杰, 张永毅, 勇振中, 李清文. 碳纳米管纤维的连续制备及高性能化[J]. 物理化学学报, 2022, 38(9): 2106034 - .
[6]	贺文娅, 程虎虎, 曲良体. 烯碳纤维基能源器件的研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(9): 2203004 - .
[7]	何文倩, 邸亚, 姜南, 刘遵峰, 陈永胜. 石墨烯诱导水凝胶成核的高强韧人造蛛丝[J]. 物理化学学报, 2022, 38(9): 2204059 - .
[8]	张则尧, 姚艺希, 李彦. FeCo/MgO催化生长体相单壁碳纳米管的直径调控[J]. 物理化学学报, 2022, 38(8): 2101055 - .
[9]	邹菁云, 高冰, 张小品, 唐磊, 冯思敏, 金赫华, 刘碧录, 成会明. 一维碳纳米管/二维二硫化钼混合维度异质结的原位制备及其电荷转移性能[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2008037 - .
[10]	彭景淞, 程群峰. 仿鲍鱼壳石墨烯多功能纳米复合材料[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2005006 - .
[11]	沈晓帆, 王晓娜, 俞能晟, 杨薇, 周雨融, 石艳红, 王玉莲, 董立忠, 邸江涛, 李清文. 聚吡咯@二氧化锰/碳纳米管薄膜电极的制备及在高性能锌离子电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2006059 - .
[12]	吴锋, 李晴, 陈来, 王紫润, 陈刚, 包丽颖, 卢赟, 陈实, 苏岳锋. 高镍正极材料中钴元素的替代方案及其合成工艺优化[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2007017 - .
[13]	毛赫南, 王晓工. 影响高浓度氧化石墨烯分散液流变行为的重要因素及群体平衡动力学分析[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 2004025 - .
[14]	王键, 尹波, 高天, 王星懿, 李望, 洪兴星, 汪竹青, 何海勇. 还原氧化石墨烯改性少层剥离石墨增强石墨基钾离子电池负极稳定性[J]. 物理化学学报, 2022, 38(2): 2012088 - .
[15]	张梦迪, 陈蓓, 吴明铂. 石墨烯作为硫载体在锂硫电池中的研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(2): 2101001 - .

碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

Preparation and Electrochemical Performance of Carbon Nanotubes/ Graphene Oxide/Sulfur Complex Cathode Material

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