摘要: 随着科技不断进步，电子设备、电动汽车等应用越来越广泛，亟需更高性能的可充电电池。由于锂硫电池理论能量密度高、铝离子电池具有快速充电性能等优势受到广泛关注。但是循环过程中，硫的体积变化大，导电性差以及硫化物的穿梭效应，严重限制锂硫电... 展开 随着科技不断进步，电子设备、电动汽车等应用越来越广泛，亟需更高性能的可充电电池。由于锂硫电池理论能量密度高、铝离子电池具有快速充电性能等优势受到广泛关注。但是循环过程中，硫的体积变化大，导电性差以及硫化物的穿梭效应，严重限制锂硫电池的储锂性能；而铝离子电池由于缺乏合适的正极材料和电极结构，其容量衰减快，阻碍实际应用。针对可充电电池的上述典型问题，本文以核壳空心结构纳米材料为对象，研究普适性的模板法制备了一系列高储能特性的复合材料，主要工作和创新之处包括： 1）通过模板法合成一种以硫颗粒为内核，水凝胶聚吡咯（PPy）为壳的新型核壳结构纳米复合材料。该材料的硫含量高达98.4％，远超许多传统的通过表面包裹方式获得的复合硫材料。核壳结构内部空隙可以有效地适应充放电过程中硫的体积变化。导电的PPy外层不仅提高复合材料的导电性，而且能够吸附多硫化物，抑制穿梭效应。循环200次后，合成的S@void@PPy锂硫电池正极容量稳定在650mAhg-1，明显高于纯硫颗粒性能。此外，密度泛函理论（DFT）计算表明，PPy存在较大的吸附能和电荷密度转移，可以有效地锚固多硫化物。 2）提出一种自模板法研制空心硫化物纳米材料，研制的空心二硫化镍具有良好的铝离子电池储能特性。电流密度1Ag-1循环200次后，容量仍保持383mAhg-1，并且在5Ag-1快速充放电条件下，实现了1000次的稳定循环。在高低温测试中也表现出稳定的温度耐受性和可恢复的速率性能，在多轮倍率测试过程中保持着高容量（371mAhg-1）和良好充放电效率。与实心二硫化镍材料对比，也充分体现了空心纳米材料的优越性。 3）通过模板法制备了一种新颖的核壳结构石墨烯量子点/三氧化二铁@二氧化锡(GQDs/Fe2O3@SnO2)纳米环。核壳结构有效增强电极稳定性，石墨烯量子点提高电子传输性能，在协同作用下，纳米环组成的锂硫电池正极容量高、稳定性好。在0.2C电流下首次循环容量为1559mAhg-1，在0.5C和0.2C大小电流交替充放电测试里体现良好的稳定性，充放电效率在不同测试环境均接近100%。 收起