摘要
低成本、可再生资源的可持续发展技术已经引起世界范围的广泛关注。时至今日，能源生产技术与绿色能源(如风能、太阳能和水能等)的发展减少了人类对化石燃料的依赖。开发高效的能量储存系统对于将可再生能源与现有配电系统结合应用至关重要。锂硫电池具有高理论能量密度、高放电容量和低成本的优点，在下一代储能技术中具有广阔的应用前景。然而，硫正极的体积膨胀和绝缘特性、多硫化锂中间产物的穿梭效应、缓慢的反应动力学等问题在很大程度上阻碍了锂硫电池商业应用的发展。 为解决锂硫电池硫正极存在的关键问题，本论文以氧化镍(NiO)为基础，构建异质结构材料，利用p/n结内建电场吸附多硫化锂，并加速多硫化锂转化的动力学过程，从而改善硫正极的电化学性能。取得的主要成果如下: (1)获得了具有化学吸附和催化性能的rGo-NiO/Co9S8异质结构材料，通过降低Li2S成核能垒的方式，加速多硫化锂向Li2S2/Li2S的转化，提升了锂硫电池的硫利用率。NiO/Co9S8异质界面可以化学吸附多硫化锂，同时NiO和Co9S8可以实现多硫化锂的高效催化转化。实验表明该材料可以实现多硫化锂的快速吸附-扩散-转化过程，对于抑制可溶性多硫化物的穿梭效应具有积极作用，提高了硫利用率和电化学性能。 (2)通过制备rGo-NiO/Ni3N和rGo-NiO/TiN两种不同的异质结构材料，研究了异质结构内建电场的强弱对锂硫电池电化学性能的影响。NiO属于p型半导体，Ni3N和TiN均属于n型半导体，NiO和两种氮化物之间会形成内建电场，研究发现，内建电场的存在对于提高多硫化锂的吸附能、促进锂离子的扩散和电荷的传输具有积极作用，可以提高硫的利用率、循环稳定性与倍率性能。rGo-NiO/TiN电极经过500次循环后，每圈容量衰减率仅为0.092％。
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