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作品名称：基于多孔MXene结构柔性锂硫电池正极材料
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：风池电挚队
队伍编号：200175
参赛学生：张慧娜王昊媛
指导老师：曹俊
投票日期：2024年10月08日 00:00->2024年12月05日 15:00
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详细说明

开发背景：随着电子技术的不断发展，便携式电子器件不断小型化、轻量化、柔性化，为了满足和匹配这些新型电子器件，开发高性能柔性储能器件势在必行。作为储能器件中的重要一员，锂硫电池具有高的理论能量密度（2567 Wh kg-1）、安全性好、成本低、环境友好等优点，成为目前最具前景的电源体系之一。实现柔性锂硫电池的制备，将会极大提高柔性储能器件的能量密度。

对柔性锂硫电池而言，柔性电极的结构设计和研究至关重要。传统锂硫电池电极的制备方法是将活性物质、导电剂及粘结剂混合后涂覆于金属集流体表面得到。该方法制备的电极存在一些问题：首先，仅仅通过简单的物理混合很难使导电剂均匀的分散在电极材料中，导电剂的量太多或太少都会降低电池的电化学性能；其次，粘结剂和金属集流体的使用会增加非活性物质的质量并限制活性物质的负载量，活性材料与集流体之间结合力有限，降低电极的能量密度和电化学稳定性。因此，制备独立无支撑的柔性电极是构建柔性锂硫电池和提高锂硫电池电化学性能的有效途径。此外，锂硫电池中还存在硫导电性差（电导率为5×10-3 S cm-1）、中间产物多硫化物易溶于电解液等问题[4-6]。要把锂硫电池真正用于柔性电子器件，在设计柔性电池结构的同时还需考虑如何解决以上问题。

结构说明及功能：锂硫电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液及外装壳组成，本项目主要对正极材料进行设计改良，其中正极材料主要由氮掺杂MXene构成，氮掺杂MXene具有类石墨烯的结构，可组装为三维多孔结构。三维多孔氮掺杂MXene结构不仅为硫转化为硫化锂过程中的体积变化提供缓冲空间，还具有减少正极活性物质损失、提高硫的负载量和锂的沉积均匀化等优点，由此氮掺杂MXene可作为一种良好的正极材料。目前现有的对正极材料结构的调控设计主要是二维结构，对三维结构的设计还未针对性研究，因此研究利用三维多孔氮掺杂MXene制备柔性锂硫电池正极材料，将极大提高储能设备的电化学性能，促进我国电子电器行业的发展。