Hebei Messi Biology Co., Ltd. gab bekannt, dass die Entwicklung und Herstellung von in-situ synthetisiertem, mit Nano-Magnesiumoxid dotiertem, hierarchisch-porösem Kohlenstoff (n-MgO@CSHPC) auf Krabbenschalenbasis die effiziente Fixierung von Polysulfiden, einen guten Kontakt zwischen Polysulfiden und leitfähigen Strukturen, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Polysulfidadsorption und -wiederverwendung, eine verbesserte Ausnutzung der Wirkstoffe und eine verbesserte elektrochemische Leistung von Lithium-Schwefel-Batterien ermöglicht.
Ausgehend von den Vorteilen der Zusammensetzung und Struktur von Krabbenschalen wurden zunächst hierarchisch-poröse Kohlenstoffmaterialien mit guter Porengröße, Mikroporenvolumen, hoher spezifischer Oberfläche und Heteroatomdotierung entwickelt und hergestellt. Die Magnesiumquelle wurde mit dotierten Heteroatomen fixiert, und Nano-Magnesiumoxid wurde erfolgreich in situ in die Kohlenstoffporen eingebracht. Die Strukturanalyse belegte eine gleichmäßige und gut verteilte Magnesiumoxid-Partikelgrößenverteilung im Kohlenstoffmaterial. Es wurde ein kontrollierbares Herstellungsverfahren für beladene Magnesiumoxid-Kohlenstoffmaterialien entwickelt.
Zweitens wurde Nanomagnesiumoxid mit hierarchisch porösen Kohlenstoffmaterialien auf Krabbenschalenbasis dotiert, um Kohlenstoff-Schwefel-Kompositmaterialien herzustellen, die in der positiven Elektrode von Lithium-Schwefel-Batterien eingesetzt wurden. Der elektrochemische Leistungstest zeigte, dass die modifizierte positive Elektrodenbatterie die aktiven Substanzen der positiven Elektrode effektiv nutzte und fixierte, wodurch die Zyklenstabilität über lange Zyklen gewährleistet wurde. Die erste Entladekapazität der positiven Elektrode aus einem hierarchisch porösen Kohlenstoff-Schwefel-Komposit auf Krabbenschalenbasis mit 5 % Nanomagnesiumoxid-dotiertem Kohlenstoff betrug 1468,3 mAhg⁻¹ bei 0,1 °C, die erste Entladekapazität bei 0,5 °C 1053,9 mAhg⁻¹. Nach 400 Zyklen betrug die Kapazität immer noch 575,5 mAhg⁻¹.
Drittens wurde das Material als funktionelle Membranbeschichtung verwendet, um die Membran zu modifizieren, den Transport von Lithiumpolysulfid zu blockieren und die Rekonstruktion der positiven Elektrodenseitenstruktur zu unterstützen. Es zeigte sich, dass die modifizierte Membranbatterie in diesem Verfahren die Batteriepolarisation deutlich reduzieren, die Lithium-Ionen-Transmission fördern und die Langzeitleistung verbessern kann. Die mit 5 % Nanomagnesiumoxid dotierte, hierarchisch poröse, kohlenstoffmodifizierte Membranbatterie auf Krabbenschalenbasis zeigte dabei die beste Leistung bei der vollständigen Nutzung der Wirkstoffe und der Bildung positiver Elektrodenstrukturen. Die erste Entladung betrug 949,0 mAhg-1 bei 1C, und die Kapazitätserhaltungsrate betrug nach 300 Lade- und Entladezyklen 74,71 %. Sie war auch nach 1000 Lade- und Entladezyklen noch stabil.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit Nanomagnesiumoxid dotierte, biomassebasierte, poröse Kohlenstoff-/Schwefel-Positivelektrode sowie deren Herstellungsverfahren und Anwendung. Magnesiumionen werden durch mit Stickstoff und Sauerstoff dotierten, abgestuften porösen Kohlenstoff auf Krabbenschalenbasis mit hoher spezifischer Oberfläche verankert. Magnesiumhydroxid wird in situ in Kohlenstoffporen synthetisiert, und der mit Nanomagnesiumoxid dotierte, abgestufte poröse Kohlenstoff auf Krabbenschalenbasis mit gleichmäßiger Nanomagnesiumoxidverteilung wird durch Kalzinierung gewonnen. Der mit Nanomagnesiumoxid dotierte, abgestufte poröse Kohlenstoff auf Krabbenschalenbasis wird in der positiven Elektrode einer Lithium-Schwefel-Batterie eingesetzt. Das Material kann Polysulfide effizient fixieren und gleichzeitig einen guten Kontakt zwischen Polysulfiden und leitfähigen Strukturen gewährleisten. Dadurch wird ein Gleichgewicht zwischen Polysulfidadsorption und -wiederverwendung erreicht, die Ausnutzungsrate der Wirkstoffe verbessert und die elektrochemische Leistung von Lithium-Schwefel-Batterien effektiv gesteigert.