基于偏氯乙烯嵌段共聚物的多级多孔炭的制备

采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)活性自由基聚合制备了聚苯乙烯-b-聚偏氯乙烯-b-聚苯乙烯嵌段共聚物(PS-b-PVDC-b-PS),以此嵌段共聚物为碳前驱体,直接碳化制备微孔-中孔复合多级多孔炭。采用凝胶渗透色谱仪和核磁共振仪表征了嵌段共聚物结构,表明通过RAFT聚合可制得分子量较高(Mn GPC>6000 g·mol-1)和分子量分布较窄(PDI<1.5)的PS-b-PVDC-b-PS。采用热重分析表征嵌段共聚物热解特性,采用扫描电镜、N2吸脱附表征多孔炭形貌和孔隙结构。结果表明嵌段共聚物同时具有PVDC和PS链段的热失重峰,PS链段可完全热解而具有形成中孔的模板作用,PVDC链段热降解形成含微孔的炭骨架,最终形成兼有微孔和中孔的多级多孔炭;随着PS嵌段含量的增加,嵌段共聚物的成炭率逐渐降低,孔隙尺寸逐渐增大;当PS/PVDC聚合度比为4.3时,多孔炭的比表面积、中孔率和平均孔径达到最大,分别为839 m2·g-1、54%和2.02 nm。

三维多级孔炭封装硫制备在室温环境运行的锂硫电池

锂硫电池由于其高能量密度和低廉的价格,将在未来的储能领域得到广泛应用。然而,它面临许多挑战,特别是在硫的负载和可溶性多硫化物的穿梭效应方面。为了解决这些问题,本文设计了一种三维多级孔炭材料(3D-HPC)作为锂硫电池中硫的载体。采用模板法,在去除模板剂聚甲基丙烯酸甲酯和氧化锌后得到了三维多孔结构。电镜和BET测试表明相互连通的大孔道与大量的大尺寸介孔协同构成了三维导电碳网络。三维网络有利于离子和电子的转移,同时通过较大尺寸的孔缓解阴极的体积膨胀,多级孔通过毛细凝结抑制了穿梭效应。电化学测试结果表明,3D-HPC-S阴极具有良好的电化学性能。在实际环境中的测试结果显示0.2倍率下3D-HPC-S首次放电比容量为1314.6 mAh·g^(−1),经100次循环后,容量保持率为69.13%。在0.5倍率下循环200次容量保持率为59.02%,平均库伦效率为98.16%。3D-HPC-S阴极有望进一步促进锂硫电池的商业化发展。