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中國團(tuán)隊(duì)開發(fā)新型鋰硫電池正極材料 優(yōu)化催化活性和穩(wěn)定性
時(shí)間:2020-04-25 11:00來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：DICP官網(wǎng)）
據(jù)外媒報(bào)道，中國研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出由Fe1-xS修飾的介孔碳球納米反應(yīng)器，可用于鋰硫電池的正極。該團(tuán)隊(duì)由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的劉健教授和吳忠?guī)浗淌陬I(lǐng)導(dǎo)。Fe1−xS‐NC具有高比表面積（627 m2/ g），大孔容（0.41 cm3/ g），增強(qiáng)對(duì)鋰多硫化物的吸附和電催化過渡。該材料具有良好的多硫化物催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性。
鋰硫電池的理論能量密度高達(dá)2600 Wh/kg，理論比容量為1675 mAh/g。然而，在充放電過程中，由于硫的轉(zhuǎn)換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程較慢，導(dǎo)致硫利用率低，多硫化物穿梭效應(yīng)嚴(yán)重，使鋰硫電池容量低，穩(wěn)定性差。為了在高載硫狀態(tài)下，高效穩(wěn)定地催化轉(zhuǎn)化多硫化物，提升鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性，需要一種新的電催化體系。
在本項(xiàng)研究中，研究人員設(shè)計(jì)了一種由高分散Fe1-xS電催化劑納米顆粒（Fe1-xS-NC）修飾的納米反應(yīng)器，并將這種介孔碳材料應(yīng)用于鋰硫電池正極，構(gòu)建具有高催化活性和高載硫的正極材料。該材料具有低質(zhì)量密度、高孔隙率、電催化劑高度分散等特點(diǎn)，顯著提高了對(duì)多硫化物的吸附和催化轉(zhuǎn)化能力。Fe1-xS-NC的初始容量為1070 mAh/。研究人員發(fā)現(xiàn)，在電流密度為0.5 C的情況下，經(jīng)過200次循環(huán)，幾乎沒有容量衰減。
研究人員表示：“Fe1−xS納米粒子具有很高的電催化活性，加上它的電子導(dǎo)電性和可達(dá)性高，可以有效地吸附LiPs，并將其轉(zhuǎn)化為Li2S。電催化劑在具有大介孔孔洞的分級(jí)多孔碳球中分布良好，能夠適應(yīng)高載硫量，調(diào)節(jié)充放電循環(huán)中的體積變化，增強(qiáng)電解質(zhì)向活性位點(diǎn)的傳質(zhì)。因此，利用這種材料打造的高性能正極，不僅具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和高導(dǎo)電率，而且可能在載硫量高達(dá)8.14mg/cm2的情況下，保持良好的循環(huán)性能。
這些研究成果可為構(gòu)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)，比如空心結(jié)構(gòu)、摻有金屬硫化物的中空核殼或多殼粒子。通過分子級(jí)設(shè)計(jì)，提高鋰化硫電池在長期循環(huán)穩(wěn)定性和高載硫方面的性能。利用分子級(jí)設(shè)計(jì)，并選擇合適的前體和合成方法，有望在碳載體內(nèi)合成高度分散的金屬氮化物、氧化物、磷化物或鹵化物。”
(責(zé)任編輯：子蕊)
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