《納米快報》報道黃維院士團隊艾偉教授課題組關於鋰硫電池的研究進展

2022年05月06日 15:46  點擊:[]

西工大新聞網5月6日電(孫晉蒙)鋰硫電池憑借其超高的理論能量密度和優異的經濟性,被認為是潛在的下一代儲能體係。過渡金屬化合物/碳複合催化劑在解決鋰硫電池穿梭效應和動力學緩慢等問題方麵有著廣闊的應用前景。然而,如何保證催化劑在高能量密度要求下實現良好的電化學性能仍麵臨挑戰;其次,對於鋰硫電池動力學衍化過程的認識和評價仍存在測試方法與實際需求差異較大等問題,難以有效指導催化劑的定向製備。針對以上問題,金宝搏188手机官网下载 黃維院士團隊艾偉教授課題組報道了一種負載少層石墨碳/雙金屬磷化物的多孔碳催化劑,結合原位動力學表征首次明確了硫生成為鋰硫電池充電過程的決速步,並通過構築軟包電池證明該材料在高能量密度鋰硫電池中具有良好的適用性(Nano Lett. 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00642)。

材料製備過程及微觀結構)

利用三聚氰胺多聚磷酸前驅體中電負性功能基團對鈷和鎳離子的吸附作用,誘導熱解過程中形成的鎳鈷磷納米粒子(~12 nm)均勻分布在碳材料中;同時,鎳鈷磷對碳材料的催化石墨化也能促使石墨化碳包覆/橋聯納米結構的形成,賦予該材料良好的結構和電化學穩定性。

(電池動力學衍化過程研究)

為探究該催化劑對鋰硫電池催化轉化過程的具體作用,該工作利用原位動力學方法全麵考察了鋰硫電池在不同充放電階段的轉化活化能。結果表明(1)電池在充電和放電過程中轉化活化能均逐步升高,且最終分別在硫化鋰和硫形成時達到最高值,為相應電化學過程的決速步;(2)該催化劑能有效降低電池各轉化階段的勢壘,其中,對決速步的催化效果尤為顯著。

(疊層軟包電池結構與性能

在硫載量高達240 mg,電解液僅3.2 μL mg-1,以及N/P比為2.4的苛刻條件下,製備的疊層軟包電池能量密度可達302 Wh kg-1,並具有良好的循環穩定性。該工作是課題組繼發表鋰硒電池研究進展(Advanced Materials, 2021, 33, 202003845)、新型Co-N-C單原子催化劑(Energy Storage Materials, 2021, 36, 409)和柔性鋰金屬負極主體材料(Nano Energy, 2022, 94, 106883)之後,在下一代高比能電池領域取得的又一重要研究成果,為鋰硫電池動力學衍化過程提供了更為全麵的認識,可為未來實用化鋰硫電池催化劑的設計提供指導。

文章鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00642

(審核:王學文)

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