锂硫电池碳/硫正极材料制备及其性能分析

近年来,在电动汽车和电子设备等对高性能储能系统的需求量逐渐增加,在较高理论比容量和理论比能量等方面的锂硫电池体系也受到更加广泛的关注和重视。单质硫的储量较为丰富且具有无毒和低成本等优势,对环境保护工作的开展存在着必要影响。但是单质硫及放电产物硫化锂存在着导电性差且中间产物多硫化物容易溶于电解液等问题,对锂硫电池的循环稳定性具有不利影响。在锂硫电池正极材料中,碳/硫复合材料的潜力是比较大的,这就需要加强对其植被及性能考察和研究。     

高吡啶氮掺杂有序介孔碳封装多硫化物实现长寿命锂硫电池

锂硫电池的硫正极具有高的理论比容量(1675 mAh/g)和高的比能量(2600 Wh/kg),被认为是下一代锂电池技术。然而,单质硫以及其放电产物硫化锂导电性差和多硫化锂在电解液中溶解导致穿梭效应,严重阻碍了其商业化应用。采用硬模板法制备高比表面积和高吡啶氮掺杂的一维碳材料(NOMCs),通过物理约束和吡啶氮与多硫化锂之间强亲和力来抑制多硫化锂的穿梭效应。此材料中的石墨氮可以提高碳材料的导电性,而吡啶氮可以有效地吸附多硫化锂,抑制多硫化物在电解液中穿梭。因此,采用此材料载硫后,S@NOMCs在1C倍率下首次放电容量为853 mAh/g,充放电500次容量保持在679 mAh/g,容量衰减率仅为0.042%/圈。     

锂硫电池的概况及其电极材料的研究进展

锂硫电池具有高能量密度、低成本、环保等特点,其潜在的应用前景十分广泛。解析了锂硫电池独特的工作原理,提出了导致锂硫电池难以商业化的重要原因,总结了锂硫电池由于活性物质体积膨胀、穿梭效应和锂枝晶等带来的主要技术难点。针对上述问题,重点综述和分析了国内外研究人员在电极材料方向进行锂硫电池性能改进的研究进展。目前,锂硫电池正极材料的研究热点在载硫体/硫复合材料和正极结构的改进,在实验室环境下,锂硫电池的能量密度和循环寿命都得到了显著提升。锂负极保护主要通过表面钝化的方法实现,而采用锂合金、锂嵌入脱出型材料或预嵌锂材料替代纯锂作为负极,也是提升电池性能的重要手段。此外,本文提出了深入发展锂硫电池的建议,重点需要进一步攻克技术难点,并从全电池系统加大研发力度,还要与企业结合共同推动锂硫电池的商业化进程。     

锂硫电池正极与负极材料研究进展

兼具高能量密度与成本效益的锂硫电池，体现了良好的应用前景。但是，锂硫电池在正极与负极方面存在的问题，也阻碍了其进一步发展。针对锂硫电池目前存在的问题，总结了锂硫电池电极材料领域的研究进展。在正极部分，可通过多孔载体材料、多硫化物的化学吸附与催化位点的构建提升电池性能。在负极部分，通过对负极集流体改进、固体电解质界面（SEI）膜的生成以及固态电解质的使用，可起到保护锂负极、优化性能的效果。最后，本文认为，在锂硫电池未来的发展中，应统筹考虑电池系统整体的开发设计，而非仅针对电池单一领域存在的某一问题，从而使电池系统各部分的改进方法有效结合，发挥协同效应，推动锂硫电池实用价值的提升。     

德国加拿大联合研发新型锂-硫电池取得重大进展

德国慕尼黑大学和加拿大滑铁卢大学的研究人员，联合研发新型锂-硫电池取得重大进展。研究人员应用纳米技术对锂-硫电池技术进行重大改进，使用碳纳米微粒构成多孔电极，使吸附硫的能力大大增强，电池达到最高的性能，未来有望替代目前的锂离子电池。锂-硫电池两个电极由锂电极和硫-碳电极构成，在两个电极之间进行锂离子交换，硫材料在这个系统中起重要作用。     

磷酸酯基阻燃电解液用于高安全锂硫电池

Li–S电池被认为是最有希望的下一代高能量密度二次电池之一,开发高效阻燃电解液对于提升电池安全性极为重要.本文对高浓度磷酸三乙酯(TEP)和磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯(TFP)电解液在锂–硫化聚丙烯腈(Li–PAN/S)电池中的应用展开了深入研究,以同样的锂盐摩尔比和氟代醚稀释梯度,研究了TEP和TFP基局部高浓度电解液对锂金属负极和硫正极稳定性的影响,详细解析了两种溶剂分子在电池循环过程中的界面反应.研究表明,磷酸酯基高浓度电解液在Li–PAN/S电池中展示了较优异的循环稳定性,通过优化TTE的稀释比例,提升了电池的倍率特性.对比基于TEP和TFP的电解液,发现TEP基电解液具有更好的锂沉积/剥离性能,而TFP基电解液在界面生成更多的有机组分,导致不稳定的界面膜.以TEP212为电解液的锂硫电池能够在1C的倍率下稳定循环200圈以上,放电比容量保持在1080.8 mA·h·g^-1.     

德国加拿大研发新型锂硫电池取得重大进展

德国慕尼黑大学和加拿大滑铁卢大学的研究人员,联合研发新型锂-硫电池取得重大进展。研究人员应用纳米技术对锂-硫电池技术进行重大改进,使用碳纳米微粒构成多孔电极,使吸附硫的能力大大增强,电池达到最高的性能,未来有望替代目前的锂离子电池。     

锂硫电池过渡金属磷化物复合正极材料研究概述

低碳、环保、高效是21世纪社会发展的主旋律。原材料廉价易得的锂硫(Li-S)电池因其超高能量密度(2 500 Wh·kg^-1)而受到能源转化与储备设备研究者的瞩目。然而，锂硫电池绝缘的活性物质与循环过程中不可避免的穿梭效应导致其反应动力学缓慢，进而造成包括循环倍率能力较差与库伦效率低下在内的诸多问题。研究人员现已发现了具有良好电导率且对多硫化物(LiPSs)具有吸附转化双重能力的过渡金属磷化物(TMPs)。本文将重点介绍运用在锂硫电池正极的不同过渡金属磷化物材料的设计合成方法与电化学性能提升研究相关进展，并对该类材料的未来发展进行展望。     

外源硫和Fe~(3+)对低硫铀矿生物浸出的影响

针对铁、硫含量较低的铀矿,采用外源添加不同浓度的Fe~(3+)及单质硫的方法强化铀矿生物浸出,研究外源Fe~(3+)、单质硫对浸出体系中pH、氧化还原电位值Eh、铁离子浓度、铀浓度的影响。结果表明,Fe~(3+)初始浓度分别为0、1、2、3和4g/L时,铀浸出率分别为81.85%、92.61%、89.15%、86.28%和86.09%,Fe~(3+)浓度为1g/L时浸出铀浓度最大,不同初始浓度的Fe~(3+)对铀矿浸出具有显著影响。在2g/L Fe~(3+)体系中,添加2g/L单质硫与未添加单质硫相比,pH上升较慢,铀浸出率提高1.63个百分点;SEM-EDS分析表明,与原矿相比,铁体系中矿物表面粗糙且矿石结构疏散,矿石颗粒比表面积增加,浸出渣样中伴随黄钾铁矾等沉淀的产生,添加2g/L单质硫的体系中黄钾铁矾显著降低。     

分光光度法测定矿石和土壤中单质硫

分光光度法测定矿石和土壤中单质硫王桂芝（吉林化工学校,吉林,１３２０１１）土壤中的硫对植物生长有一定作用。通常为达到高产的目的给植物生长的土壤中施＊加硫肥,有些岩石中也有单质硫存在,其分＊析具有重要意义（１）．以往,单质硫的测定方法大多存在灵敏度低、...     

超细磨技术在铜金精矿湿法综合回收铜金硫中的应用研究

对于某矿山浮选产出的铜金精矿,由于铜的影响及黄铜矿和黄铁矿等物质对金的包裹作用的影响,直接氰化浸出的金、铜回收率均很低,虽然采用火法工艺处理该类精矿可较好地解决金、铜回收率低的问题,但是存在环境污染等问题。重点对铜金精矿超细磨-热压浸出-萃取-电积提取铜、浸出渣硫代硫酸钠法提取金和煤油溶解回收单质硫的综合回收工艺进行了研究,结果表明应用该综合回收工艺之后,铜、金和单质硫的回收率分别达到95％、98％和99％,具有有价金属综合回收率高且对环境污染小的优点。     

石墨烯基贵金属催化剂的制备及其对锂-氧气电池性能的影响

锂-氧气电池作为一种拥有超高理论比能量密度的新型电池体系,在电动汽车领域具有良好的应用前景。通过改进的Hummers法和热膨胀法制备还原氧化石墨烯,再由浸渍还原法分别负载不同的贵金属Ru、Ir、Au、Ag,研究石墨烯基不同贵金属催化剂对锂-氧气电池性能的影响作用。研究结果表明,具有较高氧析出催化活性的Ru/RGO和Ir/RGO催化剂的锂-氧气电池的可逆性能与充放电循环稳定性优于采用Ag/RGO和Au/RGO催化剂的锂/氧气电池。     

硫蚀时间对镀锡板腐蚀产物成分的影响研究

通过研究镀锡板硫蚀时间对腐蚀产物成分的影响,可以促进对镀锡板硫蚀机理的理解和硫变发黑问题的解决。实验通过改变镀锡板在硫化钠-乙酸模拟溶液(pH6)中的浸泡时间,使用X射线光电子能谱仪(XPS)对不同硫蚀时间下得到的产物主要元素质量分数及S的组元和价态进行刻蚀分析。结果显示在硫蚀时间由2、9d并延长到23d的过程中:S元素质量分数逐渐升高,O元素质量分数先降低再升高,在最终稳定的硫蚀产物中,金属元素Sn的质量分数接近于0,Fe元素质量分数在60%上下浮动,金属Sn只能为基体提供物理保护作用;硫蚀产物中S元素组元主要有S单质、S^-和S^2-构成且不发生变化,但各价态组分的相对含量发生改变,即低价态S质量分数降低,高价态S质量分数升高,S元素组合态在硫蚀过程中呈现被氧化的趋势。增大Sn层厚度和均匀性、在罐装物中添加还原性物质是改善硫蚀的有效途径。     

锂硫电池研究进展

锂硫电池(LSB)凭借其超高的能量密度(2 600 Wh·kg^-1),被认为是下一代储能系统的潜在候选者之一。然而，目前LSB的实际应用受到了多硫化锂(LiPSs)穿梭效应、电解质连续分解和锂枝晶生长等问题的限制。这些挑战主要与正极结构框架、锂负极的反应性以及在电极-电解质界面发生的氧化还原反应有关。设计良好的正极结构、新型电解质的开发和负极保护已被陆续研究，以期改善LSB的电化学性能。在本文中，将系统地讨论克服LSB挑战的相关研究进展，如正极硫载体设计和制备、新型电解质的开发、隔膜的改性/功能层插层设计、锂负极的保护及LSB产业化方面的最新研究进展。最后，为LSB的实际应用提出总结和展望。     

铜冶炼烟气中单质硫对制酸系统的危害及应对措施

谦比希铜冶炼厂采用"ISA富氧顶吹熔池熔炼-电炉澄清分离-PS转炉吹炼"工艺生产粗铜,随着公司扩能改造项目的逐步投产,ISA炉处理能力逐步提升。然而在艾萨炉处理能力提升的过程中,艾萨炉烟气单质硫超标,导致硫酸系统生产困难,成为制约效能提升的瓶颈。本文详细介绍了艾萨炉炼铜烟气中单质硫超标对后续制酸厂的危害,并介绍了单质硫产生的机理,实际生产中产生单质硫超标的原因及对应的防治措施。     

中科院大连化物所研制锂硫一次电池 能量密度达860Wh/kg

正中科院大连化物所储能技术研究部张华民、张洪章研究团队,成功开发出基于大孔容、高比表面、梯度有序多孔碳材料的碳硫复合正极。同时,利用其研制的锂硫一次电池能量密度超过500 Wh/kg(650 Wh/L)。相关成果发表于《科学报告》杂志。目前,该团队突破了锂硫一次电池关键材料的技术瓶颈,电池能量密度已提升至860 Wh/kg(1000 Wh/L)。     

铁闪锌矿低温加压浸出过程中锌、硫、铁的行为

以人工合成的高纯度铁闪锌矿为研究对象,基于对388K温度条件下浸出过程物相及矿物表面性质变化的分析,研究锌、硫、铁等元素的低温加压浸出行为。结果表明,元素锌仅发生溶解反应而且溶解锌能稳定存在于水溶液中;浸出初期,铁闪锌矿电化学氧化反应滞后,而铁闪锌矿酸溶反应才是浸出初期最主要的化学反应,浸出初期无SO42-氧化生成,但在浸出后期,可能有少量单质硫进一步氧化生成SO42-。单质硫是铁闪锌矿最主要的氧化产物;浸出过程中,铁溶出与溶解铁的水解沉淀反应是同步进行的。在浸出初期,铁的溶出占主导地位,而在浸出后期,溶解铁的水解沉淀则是主要反应而且铁的沉淀形态可以调控。     

废旧钴酸锂材料选择性硫化过程转化行为研究

废旧LiCoO2电池资源化利用对缓解我国锂钴资源短缺具有重要意义。分析硫磺气体选择性硫化LiCoO2的热力学过程，探讨温度、硫磺量、总压力、添加剂等因素对LiCoO2硫化转化行为和物相转变规律。结果表明，在温度≤600 ℃条件下，调节气氛的氧分压P(O2)和硫磺分压P(S2)可调控Li-Co-S-O体系不同物相的稳定区域，实现LiCoO2选择性硫化和产物调控，且避免SO2等气体的产生。降低体系总压P可降低选择性硫化LiCoO2的反应温度，添加固体碳、铁和氧化铁等将显著影响硫化产物中锂和钴的存在形式。添加FeS2或SO2气体可代替S2气体的硫化作用，对硫化产物中锂和钴的稳定存在形式没有明显影响。气体选择性硫化LiCoO2试验结果验证了计算结果，LiCoO2硫化增重初期SO2利用率约为75%。     

艾萨熔炼烟气单质硫超标的原因及解决措施

艾萨熔炼烟气单质硫超标时后续的烟气制酸危害严重。本文分析了艾萨熔炼过程中单质硫产生的机理及造成单质硫超标的主要原因,介绍了实践中采取的措施。     

生物质衍生碳材料的制备及其在新型电池中的应用

生物质衍生碳材料由于其可再生性、低成本、良好的导电性和稳定性等优异性能而被广泛应用于储能领域。综述了生物质衍生碳材料的常用制备方法(热解法、活化法、水热法等),以及经过修饰的生物质衍生碳(杂原子掺杂、贵金属负载)在锂空气电池、钠离子电池和锂硫电池中的最新进展,探讨了生物质衍生碳在新型电池中应用所存在的挑战和未来发展方向。