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锂硫液流电池流体正极设计、制备及性能研究的开题报告
一、研究背景与意义
铅酸电池作为传统储能装置，有其能量密度低、环境污染大及使用寿命短等问题，而锂离子电池具有能量密度高、环保无污染等优点，其应用领域越来越广泛。然而，锂离子电池的成本和对金属锂等稀有材料的需求问题严重。锂硫电池因其能量密度极高、成本较低、资源丰富等特点而被广泛研究和开发。同时，锂硫电池作为一种典型的磷酸酯型外部储能技术，具有极高的潜在应用优势。
锂硫电池正极材料是锂硫电池的关键，其性能直接影响电池性能。目前，锂硫电池中常用的正极材料为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等。但传统材料的电导率、电化学活性及机械性能等均存在问题。为了解决这些问题，科学家们开始研究液流电池中大量新颖的电解液和正极材料。锂硫液流电池是其中的一种新型锂硫电池，其采用液流电池技术有助于提高电池的能量、功率和使用寿命。以实现更高效、环保、经济的储能方式。因此，对锂硫液流电池流体正极的设计和制备进行研究，对促进锂硫液流电池的发展具有重要的意义。
二、研究现状
锂硫液流电池是一种新型的液流电池，其正极材料主要有硫化钠、硫化锂、硫化镉等。目前，国内外学者普遍利用硫化物阳极和氧化物阴极来构造锂硫液流电池。石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等材料也被用于锂硫液流电池的正极材料中，但这些材料电导率、电化学活性、机械性能等性能指标还需要进一步提高，因此有必要研究新型锂硫液流电池正极材料。
江苏大学赵长华教授等人发现，基于亚二氧化钛纳米管的Potassiumpolysulfide阴极具有极好的电化学性能和稳定性[1]。研究表明，硫化物是一种不可避免的中间产物。尽管锂硫电池中用硫现象广泛存在，但研究人员仍然需要继续优化正极材料，例如氧化物阳极和硫化物阳极来构造新型锂硫液流电池。
三、研究内容
本研究旨在研究锂硫液流电池流体正极的设计、制备及性能。具体研究内容如下：
（1）设计新型锂硫液流电池正极材料，对流体正极的结构和材料进行分析和优化，通过计算机模拟来预测材料的电化学性质，从而提高其电化学性能和机械强度。
（2）制备设计好的流体正极材料，调配制备最优化电解液，以及优化电池构建方案，研究电解液浓度、pH值等因素对电池性能的影响，从而为寻找最佳工艺条件提供依据。
（3）对制备好的锂硫液流电池流体正极的电化学性能进行测试，包括循环伏安测试、恒电流充放电测试、粘度测试、循环寿命测试等。
（4）利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等表征工具对制备好的锂硫液流电池流体正极进行形貌分析和元素分析，并研究流体正极性能与微观结构之间的关系。
四、研究方法
本研究将采用以下研究方法：
（1）计算机模拟。
采用计算机模拟方法对新型锂硫液流电池流体正极材料的电化学性能进行预测，利用VASP、Gaussian等软件对材料进行优化计算。
（2）材料制备。
根据设计的新型流体正极材料制备超细颗粒粉末，在此基础上进行制备流体正极材料。
（3）电池性能测试。
将制备好的锂硫液流电池流体正极、电解液及负极进行组装，并通过循环伏安曲线、恒流充放电曲线、循环寿命测试等方法对电池性能进行测试。
（4）表征分析。
利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等表征工具对制备好的锂硫液流电池流体正极进行形貌分析和元素分析，探究流体正极性能与微观结构之间的关系。
五、预期成果
通过研究，本课题预期可以得到以下成果：
（1）设计和合成出具有良好电化学性能和机械强度的新型锂硫液流电池流体正极材料。
（2）研究制备优化电解液，确定最佳电池构建方案，为锂硫液流电池性能优化提供基础。
（3）对制备好的锂硫液流电池流体正极进行表征和测试，为锂硫液流电池的进一步研究提供实验依据和理论支持。
六、参考文献
[1]ChongRong,JunqingHu,etal.PotassiumpolysulfidecathodebasedonTiO2nanotubearraysforadvancedlithium–sulfurbatteries.NanoEnergy,2017,32:343-349.