由于正极活性物质硫具有能量密度高、成本低廉和储量丰富等优点,锂硫(Li-S)电池受到了人们的极大关注。然而,锂硫电池充放电过程中产生的多硫化锂的“穿梭效应”严重阻碍了其实用化进程。为了解决这个问题,本研究借助动物软骨的组成和...由于正极活性物质硫具有能量密度高、成本低廉和储量丰富等优点,锂硫(Li-S)电池受到了人们的极大关注。然而,锂硫电池充放电过程中产生的多硫化锂的“穿梭效应”严重阻碍了其实用化进程。为了解决这个问题,本研究借助动物软骨的组成和结构特点,制备了纳米羟基磷灰石@多孔碳(nano-HA@CCPC)复合材料,并以此设计了面向正极的锂硫电池隔膜涂层。研究表明,纳米羟基磷灰石不仅对多硫化物具有吸附固定作用,并且对多硫化锂的转化具有催化作用,加快了多硫化锂的氧化还原动力学,有效地提升了活性物质硫的利用率。另外,软骨基碳复合材料的多孔结构形成了很好的导电网络,为电化学反应提供了优良的电子传导路径;也有利于电解液的浸润,加快了离子传输;碳的氮原子掺杂进一步限制了多硫化物的穿梭效应。因此,采用nano-HA@CCPC隔膜涂层的锂硫电池表现出较长的循环寿命、低的容量损失以及高的倍率性能。在0.5 C下,循环325次后,电池仍然能保持815 m Ah·g^(-1)的放电比容量,并且每次的容量衰减率仅为0.051%。nano-HA@CCPC的设计制备将为锂硫电池的发展提供新材料。展开更多
锂硫电池的实际应用仍受制于一些挑战,包括氧化还原动力学缓慢和由此引发的穿梭效应等.为解决这些问题,我们巧妙合成了一种由FeS_(2)和分等级多孔碳结构(PCF)组成的隔膜修饰层.这种新颖的结构能同时实现对多硫化锂的物理阻挡与化学电催...锂硫电池的实际应用仍受制于一些挑战,包括氧化还原动力学缓慢和由此引发的穿梭效应等.为解决这些问题,我们巧妙合成了一种由FeS_(2)和分等级多孔碳结构(PCF)组成的隔膜修饰层.这种新颖的结构能同时实现对多硫化锂的物理阻挡与化学电催化效应.多硫化锂扩散实验证实PCF修饰的隔膜能够阻挡多硫化锂的渗透,而飞行时间二次离子质谱表明FeS_(2)能催化多硫化锂快速转化.因此,修饰后的锂硫电池表现出优异的倍率性能(5 C时比容量达764 mA h g^(-1))及显著的长循环稳定性(1 C时循环500次后比容量为698 mA h g^(-1)).值得注意的是,修饰后的锂硫电池最高面积容量为7.52 mA h cm^(-2),并且能够在较宽温域(-20至60°C)保持高循环稳定性.本研究为隔膜修饰层的高效应用提供了有价值的见解.展开更多
基金supported by the National Natural Science Foundation of China.No.51861165101 Foundation name:Multi-functional ion-exchange membrane for sulfur-based batteries and understanding the charge transport and ion-immobilization mechanism。
文摘由于正极活性物质硫具有能量密度高、成本低廉和储量丰富等优点,锂硫(Li-S)电池受到了人们的极大关注。然而,锂硫电池充放电过程中产生的多硫化锂的“穿梭效应”严重阻碍了其实用化进程。为了解决这个问题,本研究借助动物软骨的组成和结构特点,制备了纳米羟基磷灰石@多孔碳(nano-HA@CCPC)复合材料,并以此设计了面向正极的锂硫电池隔膜涂层。研究表明,纳米羟基磷灰石不仅对多硫化物具有吸附固定作用,并且对多硫化锂的转化具有催化作用,加快了多硫化锂的氧化还原动力学,有效地提升了活性物质硫的利用率。另外,软骨基碳复合材料的多孔结构形成了很好的导电网络,为电化学反应提供了优良的电子传导路径;也有利于电解液的浸润,加快了离子传输;碳的氮原子掺杂进一步限制了多硫化物的穿梭效应。因此,采用nano-HA@CCPC隔膜涂层的锂硫电池表现出较长的循环寿命、低的容量损失以及高的倍率性能。在0.5 C下,循环325次后,电池仍然能保持815 m Ah·g^(-1)的放电比容量,并且每次的容量衰减率仅为0.051%。nano-HA@CCPC的设计制备将为锂硫电池的发展提供新材料。
基金financially supported by the National Natural Science Foundation of China (22005003)the Natural Science Research Project of Anhui Province Education Department (2022AH030046 and 2022AH050323)+2 种基金the Young Scholars of the Introduction and Education of Talents in Anhui Provincethe Top Young Talents of Anhui University of Technologythe Scientific Research Foundation of Anhui University of Technology for Talent Introduction。
文摘锂硫电池的实际应用仍受制于一些挑战,包括氧化还原动力学缓慢和由此引发的穿梭效应等.为解决这些问题,我们巧妙合成了一种由FeS_(2)和分等级多孔碳结构(PCF)组成的隔膜修饰层.这种新颖的结构能同时实现对多硫化锂的物理阻挡与化学电催化效应.多硫化锂扩散实验证实PCF修饰的隔膜能够阻挡多硫化锂的渗透,而飞行时间二次离子质谱表明FeS_(2)能催化多硫化锂快速转化.因此,修饰后的锂硫电池表现出优异的倍率性能(5 C时比容量达764 mA h g^(-1))及显著的长循环稳定性(1 C时循环500次后比容量为698 mA h g^(-1)).值得注意的是,修饰后的锂硫电池最高面积容量为7.52 mA h cm^(-2),并且能够在较宽温域(-20至60°C)保持高循环稳定性.本研究为隔膜修饰层的高效应用提供了有价值的见解.
