纤维素纳米晶/壳聚糖衍生碳气凝胶的制备及其电化学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

能源消费需求的快速增加，使石油、煤炭等不可再生资源面临枯竭的危机。同时，石油基产品的大量使用导致了一系列的环境问题，如气候变化、酸雨。能源危机、环境危机已经引起世界各国的高度重视，发展新能源无疑是不二选择，化学电源储能作为一种重要的储能手段，具有响应速度快、爬坡迅速、能量密度高、配置灵活等诸多优点。且电能是目前最便于生产、输送、分配和利用的一种能量形式，所以在现代生产和生活中获得了最为广泛的应用，在储能领域里，储电也就成了最核心的内容。

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，但锂离子导电性能差，扩散速度慢，高倍充放电时，实际的比容量低，电池的低温性能差。锂硫电池作为一种新型的锂电池，成为新能源汽车的新一代动力电池，正是因为锂硫电池有许多的锂离子电池没有的优点，其优点主要有如下几点: (1)锂硫电池正极活性材料是硫，硫在地壳中的含量0.048wt%，在自然界中分布广泛，开采方便，价格低廉，而当前新能源汽车采用的动力电池多为磷酸铁锂和镍钴锰三元锂离子电池，这就使锂硫电池的相较于锂离子电池具有成本方面的优势; (2)锂硫电池正极活性材料硫绿色环保无污染，在生产与使用过程中也污染物的产生较少，对环境更加友好; (3)锂硫电池的理论比容量与理论比能量都比较高，理论比容量是1675mah/g，理论比能量是2600wh/kg，是锂离子电池的3到5倍;由于锂硫电池的比容量和比能量更高，满足工作容量所需的电池组较少，相较于锂离子电池的安全性能会更好。

2. 研究内容和预期目标

纤维素纳米晶/壳聚糖衍生碳气凝胶的制备及其电化学性能研究，主要研究内容包括：

（a）纤维素纳米晶/壳聚糖气凝胶材料合成条件的探索与优化，如反应物的改性、合成配方的选择等；

3. 研究的方法与步骤

（1）用硫酸水解法制备纤维素纳米晶，将温度控制在70 ℃以下，纤维素原料质量和65%左右质量分数的硫酸体积比为(1:8)-(1:20)(gml)时，反应30 min到几小时不等。用蒸馏水将悬浮液进行多次稀释、洗涤、离心除去残留的酸溶液，得到的沉淀物重复之前的步骤多次，最后将悬浮液在蒸馏水中透析至中性得到cnc的分散液。

（2）再用高碘酸钠将纤维素纳米晶改性，通过高碘酸钠氧化使其表面含有醛基。

（3）将改性纤维素纳米晶体与壳聚糖醋酸溶液共混可制备复合水凝胶，其中改性纤维素纳米晶体同时发挥增强与交联的作用，再冷冻干燥得到气凝胶。

4. 参考文献

[1] pang q, tang j, huang h, et al. a nitrogen and sulfur dual-doped carbon derived from polyrhodanine@cellulose for advanced lithium-sulfur batteries[j]. advanced materials, 2015, 27(39): 6021-6028.

[2] li s, warzywoda j, wang s, et al. bacterial cellulose derived carbon nanofiber aerogel with lithium polysulfide catholyte for lithium-sulfur batteries[j]. carbon, 2017, 124: 212-218.

[3] wang j, nie p, ding b, et al. biomass derived carbon for energy storage devices[j]. journal of materials chemistry a, 2017, 5(6): 2411-2428.

5. 计划与进度安排

1、2022.12.23-2022.03.31，精读相关文献，外文文献翻译，论文引言内容整理；

2、2022.04.01-2022.05.15，实验设备培训，实验开展，数据整理等；

3、2022.05.16-2022.05.31，毕业论文初稿、修改、定稿；