Получение и исследование композита на основе пористого графеноподобного углерода с наночастицами нитрида титана для литий-серных аккумуляторов
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc22(3)213-221Ключевые слова:
графеноподобный пористый углерод, нитрид титана, сера, литий-серные аккумуляторы, полисульфиды литияАннотация
Литий-серные аккумуляторы (ЛСА) являются одними из перспективных систем хранения энергии благодаря их чрезвычайно высоких значений плотности энергии (2600 Втч/кг) и теоретической удельной емкости (1675 мАч/г), а также из-за низкой стоимости и широкой доступности серы, которая наряду с этим экологически безопасна и нетоксична. Однако коммерциализация ЛСА и их промышленное применение затруднены низкой электропроводностью серы, эффектом «шаттла» полисульфидов лития и значительным объемным расширением электрода при длительном заряд-разрядном циклировании. Перечисленные проблемы ведут к потере активного материала, быстрому снижению разрядной емкости и низкой стабильности ячейки ЛСА при длительном циклировании. Для устранения этих проблем в рамках данного исследования был разработан, исследован и опробирован композит на основе графеноподобного пористого углерода (GPC), полученного из отходов биомассы и частиц нитрида титана (TiN). Данный композит использовался в качестве пористой проводящей матрицы для иммобилизации серы и формирования серных катодов. При исследовании электрохимических характеристик разработанные катоды на основе GPC-TiN@S продемонстрировали высокое значение начальной разрядной емкости (1154 мАч/г) с ее средним снижением на 0,1% за цикл в течение 100 циклов при плотности тока 0,2 С. Полученные результаты подтверждают, что композит на основе углерода, полученного из биомассы с нанесенными частицами TiN, является перспективным материалом для формирования серных катодов высокой производительности.
Библиографические ссылки
(1). Yin YX, Xin S, Guo YG, Wan LJ (2013) Angew. Chem., Int. Ed. 52: 13186-13200. https://doi.org/10.1002/anie.201304762
(2). Manthiram A, Chung SH, Zu C (2015) Adv.Mater 27: 1980-2006. https://doi.org/10.1002/adma.201405115
(3). Zhao M, Li BQ, Zhang XQ, Huang JQ, Zhang Q (2020) ACS Cent. Sci 6(7). https://doi.org/10.1021/acscentsci.0c00449
(4). Qie L, Manthiram A (2016) ACS Energy Lett 1: 46-51. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6b00033
(5). Seh ZW (2013) Nat. Commun 4. https://doi.org/10.1038/ncomms2327
(6). Peled E, Shekhtman I, Mukra T, Goor M, Belenkaya I, Golodnitsky D (2018) J. Electrochem. Soc 165: A6051-A6057. https://doi.org/10.1149/2.0101801jes
(7). Zhou G, Paek E, Hwang GS, Manthiram A (2015) Nat.Commun 6. https://doi.org/10.1038/ncomms8760
(8). Lei T (2018) Joule 2: 2091-2104. https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.07.022
(9). Shen Q, Huang L, Chen G, Zhang X, Chen Y (2020) J.AlloysCompd 845: 155543. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155543
(10). Xu G, Yan Q, Bai P, Dou H, Nie P, Zhang X (2019) Chemistry Select 4: 698-704. https://doi.org/10.1002/slct.201803285
(11). Qian J, Jin B, Li Y, Zhan X, Hou Y, Zhang Q (2021) J. Energy Chem 56: 420-437. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.026
(12). Yang Z, Li R, Deng Z (2018) ACS Appl. Mater. Interfaces 10: 13519-13527. https://doi.org/10.1021/acsami.8b01163
(13). Li G (2015) AdvEnergyMater 5: 1-8. https://doi.org/10.1002/aenm.201500878
(14). Benítez A, Amaro-Gahete J, Chien YC, Caballero A, Morales J, Brandell D (2022) Renew. Sustain. Energy Rev 154. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111783.
(15). Zhang Y (2021) Prog.Nat.Sci.Mater.Int 31: 501-513. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2021.07.003
(16). Liu X, Huang JQ, Zhang Q, Mai L (2017) Adv. Mater 29. https://doi.org/10.1002/adma.201601759
(17). Zhu J, Zhu P, Yan C, Dong X, Zhang X (2019) Prog. Polym 90: 118-163. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2018.12.002
(18). Liu P, Wang Y, Liu J (2019) J.EnergyChem 34: 171-185. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.10.005
(19). Chen Z, Lv W, Kang F, Li J (2019) JPhysChemC 123: 25025-25030. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b04670
(20). Sun L (2024) J. Colloid Interface Sci 653: 1694-1703. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.167
(21). Zha C (2020) Energy Storage Mater 26: 40-45. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.12.032
(22). Daulbayev C (2021) Appl.Surf.Sci 549: 149-176. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149176
(23). Gray BM, Hector AL, Jura M, Owen JR, Whittam J (2017) J.Mater.Chem.A. 5: 4550-4559. https://doi.org/10.1039/C6TA08308K
(24). Stobinski L (2014) J.ElectronSpectros.Relat.Phenomena 195: 145-154. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2014.07.003
(25). Zhang X (2023) ChemEngJ 460: 141607. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141607
(26). Peng HJ (2014) AdvMaterInterfaces 1: 1-10. https://doi.org/10.1002/admi.201400227
(27). Wei W, Du P, Liu D, Wang Q, Liu P (2018) Nanoscale 10: 13037-13044. https://doi.org/10.1039/C8NR01530A
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
