HCNs

长的循环寿命
1.高的电容量，在5mV/S的扫描速率下最高能达到201F/g 2.大电流密度，快充放电速率条件下，充放点曲线还是很稳定。 电性能的评估是通过6mol/LKOH溶液为电解液的制备的两电 3.高的电容保留率，即使在500mV/S高的扫描速率电容保留率也 极对称电池 能达到80%
大的电流密度，活性碳的恒流充放电曲线发生了变形
封装Ｓ后，比表面积和孔的体积减少，表明Ｓ可能被封装 在了ＨＣＮ的孔隙内
１.从能谱中可以看出Ｓ是一种均匀分散的状态 ２.从ＸＲＤ和拉曼光谱可以证明Ｓ是被封装在微孔里面
可以通过控制碳化的参数，来封装不同数量的Ｓ；比表面积越 大可以封装的Ｓ越多
通过ＸＰＳ知道，Ｓ在HCN/S的存在状态是单质Ｓ
１．和封装前相比电容量更高，能达到１０４３ｍＡｈ／ｇ ２．放电曲线中２.３Ｖ－２Ｖ生成的是多硫化锂(Li2Sx, 4≤x≤8)，然后 再变成短链硫化物(Li2Sx, x≤3) 和 Li2S １.循环一百次后，库伦效率仍保持在 １００％ ２.不同电流下的电容在循环１０次后 仍能保持稳定，当电从２Ｃ恢复到１ Ｃ，电容也恢复。
不同碳化参数的BET测定的比表面积，Langmuir模型的比表面积，微孔的比 表面积和体积以及总的孔洞的体积
拥有比其他方法法制备的HCNs更大的表面积
IG/ID结合能的比率低说明它 的缺陷多。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为HCNs存在着 特别多的微观孔洞
对应C的（002）和（101）峰，结晶度低，说明HCNs石墨化程 度低。缺陷多刚好对应了拉曼光谱
但随着包覆的Ｓ增多，电容性能提高，却牺牲了循环性能 越大的比表面积，包覆的Ｓ数量增多，电池电容增大
聚苯乙烯为模板制备ＨＣＮｓ，９００℃后３ｈ，结构 发生变形，２０ｈ后结构完全被破坏
为了更好的说 明形成这种稳 定结构的形成 因素，我们又 做了几组实验
用单独的吡咯和苯胺作为前驱体也不能形成稳定的空心 结构
XPS发现具有含氮的官能团， 分别有两种类型的氮 N-6:吡络型的氮 N-Q：石墨型的氮
高电容性能的原因
1
统一的空心核团簇 (<100nm) 显著降低 离子扩散长度(外壳 的厚度)
2
含氮官能团通过改 善电解液润湿性和 电导率和提供额外 的法拉第准电容
S作为锂离子 电池的阴极
• 1.更高的理论电容量（1675mAh/g）。 • 2.更高的能量密度2576Wh/kg
１.在循环１００次后，库伦效率在每循环一次减少０．０７％，由于Ｓ扩散到电解 液当中 ２.在１Ｃ条件下循环５００次后，电容量还能保持稳定
再循环１００次后结构未发生改变，材料的结构很稳定
１.电阻小，循环后的电阻未发生大的改变 ２.红色电阻大的曲线是由于刚开始的１２次需要电解液扩散进孔 洞的一个激活过程
1.相对压力0.9，对甲苯或甲醇的吸附效 率最高能达到1500和1230mg/g-1 2.随着比表面积的增大吸附甲苯和甲醇 的量增多。
Figure 4 | HCN-900-20H2R (red), HCN-900-10H5R (blue) and HCN-9003H2R (black)对甲苯和甲醇的平衡吸附曲线
1.很好的遗传了前驱体的球形的空心结 构 2.粒径小，壁厚为21.5nm
产物的直径小于前驱体的直径，是因为碳化过 程中前驱体框架发生了收缩
2.碳化温度和时间的增加会增加其表面积，升温速率 1.碳化过程增加了比表面积，比表面 积可达到 的影响不大 3022m2/g,内径集中在2.5nm
I型微孔型的吸附
在0︒C预冷12h的
去离子水洗干燥再
过硫酸铵水溶液
碳化
碳化后的HCNs命名为HCN-x-yHzR，x为碳化温度，y 为保温时间，z为升温速率
模板法和现在的实验原理示意图
Fig 1 SEM images of (a)PACP (b)HCN400-3H2R (c)HCN-600-3H2R (d) HCN-800-3H2R(e) HCN-900-3H2R (f) HCN-900-6H2R(g) HCN-900-10H2R (h) HCN-900-10H5R(i) HCN-900-10H10R (j) HCN-900-20H2R
比其他的多孔材料对甲苯和甲醇蒸汽的吸附性能明显要好
单位面积的吸附量表明 1、表面的利用率几乎相同，甚至更高表面的利用率有所增加 2、这些微孔都是高度允许N2进入的
优异的再生性能，循环测试10次，和初始吸附 量相比，吸附量依旧能保持在100%左右。
高的功率密度 快的充电周期
双电层电容器
或超级电容器
nanoporous carbons
大的孔隙率 可控的纳米结构
吸附介质
催化剂
Hollow carbon nanospheres (HCNs)，一种多孔的碳材料， 得到了研究人员广泛的关注。
电池的电极和 超级电容器
小的核模 板总是容 易团聚
HCNS直径小于 100nm和比表面 积超出1800m2/g 还有一个很大程度
充放电曲线中电流密度大了，活性炭的电容急剧降低，HCNs 在高电流密度下的电容稳定性好
相比于其它多孔碳材料，在相同的电流密度下，制备的 HCNs电容保持率是最高的
根据能量密度曲线可知：制备的材料能量密度最高能达到 9.17Wh/kg,高于活性碳的5Wh/kg.
1.从电化学阻抗谱，可以看出制备的材料比活性碳的电阻低 2从循环测试可以知道材料电容性能非常高的循环稳定性与电流 密度退化小
• ,我们已经成功地开发了一种简单方法，在没有模板 和表面活性剂的条件下制备了超高比表面和孔隙率的 １ 多孔空心纳米碳球
• 这种材料在甲苯和甲醇蒸汽中表现出优异的吸附性能 ２
• 这种材料用作双电层电容器和Ｌｉ－Ｓ电池上表现出 ３ 很好的电学性能
Fei Xu, Zhiwei Tang, Si qi Huang, Luyi Chen, Yeru Liang, Wei cong Mai, Hui Zhong, Ruo wen Fu & Ding cai Wu
文章出处： naturecommunications

介绍
实验 结果 讨论



高的比表面积 独特的性能
缺陷
• 1.S的导电率低 • 2.在形成Li2S放电产物时，会生成多硫化物的引起体积膨胀
• 1.低的循环性能
后果
• 2.低的库伦效率 • 3.差的大电流放电能力
ＨＣＮｓ有很高
的导电率，能达 到３.５Ｓ／ｃ ｍ，增加其导电
用熔解扩散的方法使 S融入HCNs作为Li离 子电池的阴极，用微
率
孔来封装S
多孔可以用来 封装和隐藏Ｓ 可以容纳氧化 还原反应中的 体积膨胀
多孔容易 使结构不 稳定
上的空缺
在此,我们提出一个温和的方法制备了到目前为止我们所知得拥 有最高的表面积和最低粒径的HCNs 前驱体polyaniline-co-polypyrrole (PACP)的制备：
含有0.6g聚乙二醇 辛基苯基醚60ml的 去离子水中 0︒C预冷12h
0.38 ml 苯胺和0.29 ml 吡咯