论文部分内容阅读
随着社会的不断进步和科学技术的迅速发展,全世界范围内传统化石燃料的快速消耗和严重的环境污染制约了社会的可持续发展。因此,清洁能源的开发是解决上述问题的最有效途径之一。然而,大多数可再生清洁能源具有一定的间歇性和波动性（如风能、潮汐能和太阳能）,不能很好地满足人们随意使用的需求,并且对时间和天气条件的依赖性很强,因此开发先进的能量转换和储能设备至关重要,这样就可以保证供电的连续性,很好地弥补了人们随意使用的需求。基于这些考虑,超级电容器和锂硫电池被认为是最重要的电化学储能/转换器件。超级电容器因其功率密度高而成为储能领域的研究热点,而锂硫电池因其高能量密度而成为电化学储能领域的研究热点。碳材料由于其优良的导电性、较高的比表面积和低廉的价格而常被用作超级电容器的电极材料和锂硫电池活性物质单质硫的导电骨架材料。本文采用简单易行的方法成功制备了一种原位掺氮碳纳米纤维（N-MCNFs）柔性自支撑电极材料。我们用这种材料作为超级电容器的电极,并进行电化学性能测试。此外,我们还利用这种材料作为活性物质单质硫的宿主材料用于锂硫（Li-S）电池正极的硫/碳复合材料,并进行电化学性能测试。研究内容如下:（1）将低成本一步法合成的氢氧化镁（Mg（OH2））通过静电纺丝技术沉积在聚丙烯腈（PAN）纳米纤维中,经过碳化和蚀刻过程,制备出了原位氮掺杂介孔碳纳米纤维（N-MCNF）网络。将合成的纳米纤维网络构成的柔性自支撑电极用于超级电容器,组装成的超级电容器（N-MCNFs-900）表现出优异的电化学性能,在6.0 M KOH水系电解液中,在1.0 A/g的电流密度下比电容可以达到327.3 F/g,在20.0 A/g的电流密度下循环10 000次之后,放电比容量损失仅为7%。（2）采用静电纺丝技术制备的原位氮掺杂介孔碳纳米纤维（N-MCNFs）来制备硫正极,用于缓解多硫化锂的扩散。利用容易的熔体扩散方法使升华硫进入介孔碳纳米纤维中,制备出了包含N-MCNFs和升华硫颗粒的柔性自支撑S/N-MCNFs电极材料。当S/N-MCNFs复合材料用于硫正极材料时,Li-S电池表现出优异的电化学性能。此外,该纳米结构材料的设计被证明是一种坚固的复合材料薄膜,在0.5 C的倍率下,充放电循环300次以后,可逆放电比容量依然可以保持在813 mA h/g,这得益于介孔碳材料优良的导电性和独特的介孔结构,使得活性物质单质硫能够均匀地分布在介孔结构中。