聚苯胺作为锂氧电池正极材料的研究

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锂氧电池因为具有超高的理论能量密度(3600Wh/kg)、适中的电池电势,且反应原料来源丰富,是有希望应用于电动汽车的化学能源之一,受到人们越来越多的关注。但是目前应用较多的锂氧电池正极材料存在电化学活性较低和加工性能较差等问题,严重阻碍了锂氧电池的实际应用。研发综合性能更为优异的正极材料是进一步提升锂氧电池整体性能的关键。导电聚苯胺作为典型的导电高分子材料,其合成相对简单,且具有独特的电化学性能,导电聚苯胺有可能作为正极材料用于锂氧电池。但是单纯使用导电聚苯胺材料的锂氧电池的性能不佳,需要引入其他材料来提升其性能。本论文在课题组前期工作的基础上合成了含有四硫富瓦烯的导电聚苯胺纳米复合材料,以此作为锂氧电池的正极材料,研究了四硫富瓦烯的含量、复合材料的形貌等对电池性能的影响。本文所取得的主要结果如下:  1借助Suzuki偶联反应和Sonogashira偶联反应制备出四硫富瓦烯修饰的苯胺单体作为锂氧电池的正极材料。将其与苯胺单体进行共聚合反应,制备出一系列具有不同四硫富瓦烯含量的苯胺共聚物。通过电化学测试发现,四硫富瓦烯的引入能够极大地降低锂氧电池的充电电压,使得电池的倍率性能和循环性能得到较大的改善。  2设计并制备了以聚苯胺为导电网络的高性能石墨烯/四硫富瓦烯/聚苯胺复合材料作为锂氧电池正极活性材料。在0.05mAcm-2电流密度下初始放电容量可达3200mAhg-1,且80次充放电循环后仍有93.7%的容量保留,电化学性能远高于纯聚苯胺正极材料,其良好的电化学性能得益于加入四硫富瓦烯催化剂后提高了充放电速率。同时石墨烯包覆层可将四硫富瓦烯(TTF)限域在正极材料中,有效阻止了TTF在聚苯胺正极材料中的流失。而四硫富瓦烯具有较高的电池反应的催化效率,通过加快电子的传输和离子的转移,加快了电极反应进程。
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