Исследование графеновых аэрогелей в качестве пористой углеродной матрицы для литий-серных батарей

Авторы

  • Ф. Султанов National Laboratory Astana, пр. Кабанбай батыра, 53, Астана, Казахстан; Назарбаев Университет, пр. Кабанбай батыра, 53, Астана, Казахстан
  • А. Жайсанова National Laboratory Astana, пр. Кабанбай батыра, 53, Астана, Казахстан; Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Астана, Казахстан
  • А. Ментбаева National Laboratory Astana, пр. Кабанбай батыра, 53, Астана, Казахстан; Назарбаев Университет, пр. Кабанбай батыра, 53, Астана, Казахстан
  • Ж. Джакупова Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, ул. Кажымукана, 13, Астана, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc543

Ключевые слова:

графеновый аэрогель, сера, литий-серные батареи, разрядная емкость, полисульфиды лития.

Аннотация

Литий-серные батареи являются системами хранения энергии нового поколения ввиду высокой теоретической емкости (1675 мАч/г), удельной энергоемкости (2600 Вт·ч·кг-1) и безопасности эксплуатирования. Более того, данный тип батарей привлекателен ввиду замены дорогостоящих катодных материалов на основе металлов (никель, кобальт) дешевой и доступной серой. Однако промышленное применение литий-серных батарей ограничено низкой электропроводимостью серы, растворением ее продуктов в электролите и объемным расширением при циклированном заряде-разряде батарей ввиду высокой разности плотностей серы и ее продуктов (полисульфиды лития). В работе показана возможность применения графеновых аэрогелей (ГА) в качестве пористой электропроводящей матрицы для иммобилизации серы с целью формирования катодов для литий-серных батарей. Разработанный катодный материал на основе графенового аэрогеля и серы показал высокое значение начальной разрядной емкости (1313 мАч/г) с ее средним снижением на 0,5% за 1 один цикл при 75 циклах заряд-разряда (0,1С). Полученные результаты показали, что графеновые аэрогели являются перспективными материалами для иммобилизации серы ввиду их высокой пористости, легковесности и электропроводимости.

Библиографические ссылки

(1). Ma L, Hendrickson K, Wei Sh, Archer L (2015) Nano Today 10(3):315-338. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2015.04.011

(2). Fang R, Zhao Sh, Sun Zh, Wang D-W, Cheng H-M, Li F (2017) Adv. Mater. 29(48):1606823. https://doi.org/10.1002/adma.201606823

(3). Wang D-W, Zeng Q, Zhou G, Yin L, Li F, Cheng H-M, Gentle I, Lu G-Q (2013) J. Mater. Chem. A. 1(33):9382. https://doi.org/10.1039/C3TA11045A

(4). Hofmann AF, Fronczek DN, Bessler WG (2014) Journal of Power Sources 259:300-310. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.02.082

(5). Guo J, Xu Y, Wang C (2011) Nano Lett. 11(10):4288-4294. https://doi.org/10.1021/nl202297p

(6). Ji X, Lee KT, Nazar LF (2009) Nature Mater. 8:500-506. https://doi.org/10.1038/nmat2460

(7). Zhang C, Wu HB, Yuan C, Guo Z, Lou XWD (2012) Angew. Chem. Int. Ed. 51:9592-9595. https://doi.org/10.1002/anie.201205292

(8). Zhang J., Yang C-P, Yin Y-X, Wan L-J, Guo Y-G (2016) Adv. Mater. 28:9539-9544. https://doi.org/10.1002/adma.201602913

(9). Ma L, Zhuang Y-G, Wei S, Hendrickson KE, Kim MS, Cohn G, Hennig RG, Archer LA (2016) ACS Nano. 10:1050-1059. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b06373

(10). Zu C, Fu Y, Manthiram A (2013) J. Mater. Chem. A. 1:10362. https://doi.org/10.1039/c3ta11958k

(11). Zhang Z, Kong L-L, Liu S, Li G-R, Gao X-P (2017) Adv. Energy Mater. 7:1602543. https://doi.org/10.1002/aenm.201602543

(12). Ma L, Chen R, Zhu G, Hu Y, Wang Y, Chen T, Liu J, Jin Z (2017) ACS Nano 11:7274-7283. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b03227

(13). Pu J, Shen Z, Zheng J, Wu W, Zhu C, Zhou Q, Zhang H, Pan F (2017) Nano Energy 37:7-14. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.05.009

(14). Deng D-R, Xue F, Jia Y-J, Ye J-C, Bai C-D, Zheng M-S, Dong Q-F (2017) Co4N ACS Nano 11:6031-6039. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01945

(15). Fang R, Zhao S, Sun Z, Wang D-W, Amal R, Wang S, Cheng H-M, Li F (2018) Energy Storage Materials 10:56-61. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2017.08.005

(16). Rehman S, Guo S, Hou Y (2016) Adv. Mater. 28:3167-3172. https://doi.org/10.1002/adma.201506111

(17). Li Z, Zhang J, Guan B, Wang D, Liu L-M, Lou XW (2016) Nat Commun. 7:13065. https://doi.org/10.1038/ncomms13065

(18). Li S, Cen Y, Xiang Q, Aslam MK, Hu B, Li W, Tang Y, Yu Q, Liu Y, Chen C (2019) J. Mater. Chem. A. 7:1658-1668. https://doi.org/10.1039/C8TA10422K

(19). Cheng D, Wu P, Wang J, Tang X, An T, Zhou H, Zhang D, Fan T (2019) Carbon 143:869-877. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.11.032

(20). Li B, Xiao Q, Luo Y (2018) Materials & Design 153:9-14. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.04.078

(21). Cavallo C, Agostini M, Genders JP, Abdelhamid ME, Matic A (2019) Journal of Power Sources 416:111-117. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.01.081

(22). Gómez-Urbano JL, Gómez-Cámer JL, Botas C, Rojo T, Carriazo D (2019) Journal of Power Sources 412:408-415. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.11.077

(23). Sultanov F, Bakbolat B, Daulbayev Ch, Urazgalieva A, Azizov Z, Mansurov Z, Pei SS (2016) Combustion and Plasma Chemistry. 14(2):105-112

Загрузки

Опубликован

12-09-2022

Как цитировать

Султанов, Ф., Жайсанова, А., Ментбаева, А., & Джакупова, Ж. (2022). Исследование графеновых аэрогелей в качестве пористой углеродной матрицы для литий-серных батарей. Горение и плазмохимия, 20(3), 183–190. https://doi.org/10.18321/cpc543

Выпуск

Том 20 № 3 (2022): ГОРЕНИЕ И ПЛАЗМОХИМИЯ

Раздел

Статьи

Лицензия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)