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高倍率长寿命锂硫电池研究进展
2022-04-09 00:14
本文摘要:【成果概述】中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员王瑞虎课题组和温州大学教授杨植合作,将水蒸气光刻的多孔NbS2和低导电碘掺入石墨烯(IG)填充到三元混合硫负极系统中,制备了由IG包覆的三明治型NbS2@S@IG负极材料。

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【成果概述】中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员王瑞虎课题组和温州大学教授杨植合作,将水蒸气光刻的多孔NbS2和低导电碘掺入石墨烯(IG)填充到三元混合硫负极系统中,制备了由IG包覆的三明治型NbS2@S@IG负极材料。在这种类似三明治结构中,层状NbS2的高极性和强劲的亲和力增进多硫化物的物理截击和化学导电,协同解决问题了多硫化物沉淀和来回效应的问题;NbS2的高电导率和孔隙率提升了界面电荷转移和离子迁入,从而提升了Li-S电池水解还原成反应的电化学动力学;IG围困的夹层结构不仅可以使硫物质和层状NbS2(或IG)之间再次发生密切认识,而且在充放电过程中能忍受硫于是以很大的体积波动。

由NbS2@S@IG装配的Li-S电池,在20-40C的高倍率下,展现出出有出色的循环稳定性。【图文简介】图1用作制备NbS2@S@IG复合材料的示意图将CSS中的NbS2和硫粉末的浆料与IG混合,然后冷冻干燥,硫的熔融蔓延产生NbS2@S@IG,其中NbS2@S被IG几乎围困图2在NbS2夹层中映射硫物质的合理机理示意图在放电过程中,由于NbS2与Li2S8之间的强劲界面相互作用,硫渐渐转化成为可溶性Li2S8物质,随后它们被导电在导电NbS2纳米片的边缘方位和表面上。【研究内容】随着便携电子设备以及电动汽车等新兴电子产品对高容量储能装置的急迫市场需求,锂硫电池(Li-S)由于低的理论比容量和能量密度,以及硫的低成本和环境友好等优势被视作最有应用于前景的高容量存储体系之一。

然而,Li-S电池的商业化应用于仍不存在一些技术挑战,如液体硫化物的绝缘性,可溶性长链多硫化物的来回效应以及充放电期间硫的体积变化大。这些问题一般来说造成硫的利用率较低,循环寿命劣,甚至一系列安全性问题。

如何大幅提高Li-S电池稳定性的同时并减少其大功率静电性能,已沦为当前研究的热点之一。中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员王瑞虎课题组和温州大学教授杨植合作,将水蒸气光刻的多孔NbS2和低导电碘掺入石墨烯(IG)填充到三元混合硫负极系统中,制备了由IG包覆的三明治型NbS2@S@IG负极材料。在这种类似三明治结构中,层状NbS2的高极性和强劲的亲和力增进多硫化物的物理截击和化学导电,协同解决问题了多硫化物沉淀和来回效应的问题;NbS2的高电导率和孔隙率提升了界面电荷转移和离子迁入,从而提升了Li-S电池水解还原成反应的电化学动力学;IG围困的夹层结构不仅可以使硫物质和层状NbS2(或IG)之间再次发生密切认识,而且在充放电过程中能忍受硫于是以很大的体积波动。由NbS2@S@IG装配的Li-S电池,在20-40C的高倍率下,展现出出有出色的循环稳定性。

研究成果公开发表在ACSNano上,研究工作获得了国家自然科学基金和中科院战略性先导科技专项的资助。


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