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化学所等在新型高比能锂-硫电池研究方面取得突

作者:高压电源网 日期:2016-05-20 09:41 出处:跌迁高压电源网 人气: 

      在国度天然科学基金委、科技部和中国科学院等支撑下,中科院化学所分子纳米构造与纳米技巧院重点实验室的研究人员,在解决高比能锂-硫电池中多硫荡子的溶出问题,进步锂-硫电池轮回寿命方面取得重冲要破。研究结不雅揭橥在近期J. Am. Chem. Soc.(2012, 134, 18510?18513)上,并被美国化学会(ACS)的Chemical & Engineering News以《可持续的高能量电池》(High-Energy Battery Built To Last)为题进行了评述和报道。

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  锂-硫电池是指采取单质硫(或含硫化合物)为正极,金属锂为负极,经由过程硫与锂之间的化学反竽暌功实现化学能和电能间互相转换的一类金属锂二次电池。无论作为正极材料的单质硫照样作为负极材料的金属锂,均具有很高的理论比容量,大年夜而使全部电池的理论比能量高达2600Wh/kg,是现有锂荡子电池的五倍以上。然而,受限于硫及其放电产品硫化锂(Li2S)的绝缘特点,以及充放电过程中形成的一系列多硫化锂中心产品易溶于电解液的缺点,锂-硫电池的硫正极活性差、应用率低、轮回机能也很差,严重影响电池的机能发挥和实际应用,是亟待解决的难题。

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  中科院化学所分子纳米构造与纳米技巧院重点实验室的科研人员熟悉到单质硫重要以环状S8情势存在,而这些易溶性多硫荡子(Li2S8、Li2S6、Li2S4等)重要产生于S8与S42-之间的改变过程中。他们结合博世亚太地区科技研究中间的科研人员一路大年夜硫分子构造设计出发,提出经由过程建筑链状小硫分子(S2-4)大年夜根本上解决这一多硫荡子溶出问题的思惟,并经由过程纳米孔道的空间限域效应实现了非惯例、亚稳态小硫分子的筛选和稳定化(图1)。 高压电源hvpsc.com


  图1 纳米孔道受限的小硫分子/用于高机能锂-硫电池正极材料的示意图。 内容来自hvpsc.com

  他们起首合成出具有特定孔尺寸(0.5nm)的微孔碳基底,然后再负载硫。因为纳米孔道空间的限制,在惹人硫的过程中即可实现大年夜S8分子到小硫分子的转化,制备出非惯例小硫分子/碳复合正极材料。他们与中科院物理所科研人员合作,经由过程球差校订透射电子显微镜等先辈表征手段并结合理论计算,证实硫在这种纳米孔道内的存在情势不是平日的环状S8分子,而是链状的小硫分子S2-4。

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  图2 小硫分子/碳复合正极材料的(a)充放电曲线,(b)0.1C倍率下的轮回机能。

  研究发明,这种链状小硫分子S2-4在嵌/脱锂过程中表示出与环状S8分子截然不合的电化学行动,在充放电过程中不会再形成消融性多硫荡子(Li2S8、Li2S6、Li2S4),大年夜而大年夜根本上彻调果断了传统硫正极材料因为多硫荡子溶出导致轮回机能差的难题。同时,因为硫颗粒的尺寸已降至分子级,使硫的电化学活性明显进步。这种基于纳米孔道限域效应的非惯例硫分子/碳复合正极材料在锂-硫电池中表示出很高的比容量、优良的轮回稳定性及高倍率机能。以硫质量计算的首圈放电容量达1670mA h/g,接近硫的理论容量(1675mA h/g),200圈轮回后如有1150mA h/g。空间限域的链状小硫分子及其特别电化学性质的发明,对于根本解决硫正极的多硫荡子溶出问题,开辟高机能锂-硫电池具有重要意义。相干结不雅已申请三项PCT国际专利。 hvpsc.com


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