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锂-硫电池循环寿命方面研究取得重要突破

2014-06-30 14:51来源:中国储能网关键词:锂-硫电池硫化锂电池容量收藏点赞

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科研人员认识到单质硫主要以环状S8形式存在,而这些易溶性多硫离子(Li2S8、Li2S6、Li2S4等)主要产生于S8与S42-之间的转变过程中。他们联合博世亚太地区科技研究中心的科研人员一起从硫分子结构设计出发,提出通过构筑链状小硫分子(S2-4)从根本上解决这一多硫离子溶出问题的思想,并通过纳米孔道的空间限域效应实现了非常规、亚稳态小硫分子的筛选和稳定化(图5)。

他们首先合成出具有特定孔尺寸(0.5 nm)的微孔碳基底,然后再负载硫。由于纳米孔道空间的限制,在引入硫的过程中即可实现从S8分子到小硫分子的转化,制备出非常规小硫分子/碳复合正极材料。他们与中科院物理所科研人员合作,通过球差校正透射电子显微镜等先进表征手段并结合理论计算,证明硫在这种纳米孔道内的存在形式不是通常的环状S8分子,而是链状的小硫分子S2-4。研究发现,这种链状小硫分子S2-4在嵌/脱锂过程中表现出与环状S8分子截然不同的电化学行为,在充放电过程中不会再形成溶解性多硫离子(Li2S8、Li2S6、Li2S4),从而从根本上彻底解决了传统硫正极材料由于多硫离子溶出导致循环性能差的难题。同时,由于硫颗粒的尺寸已降至分子级,使硫的电化学活性显著提高。这种基于纳米孔道限域效应的非常规硫分子/碳复合正极材料在锂-硫电池中表现出很高的比容量、优异的循环稳定性及高倍率性能。以硫质量计算的首圈放电容量达1670 mA h/g,接近硫的理论容量(1675 mA h/g),200圈循环后仍有1150 mA h/g(图6)。空间限域的链状小硫分子及其特殊电化学性质的发现,对于根本解决硫正极的多硫离子溶出问题,开发高性能锂-硫电池具有重要意义。相关结果已申请三项PCT国际专利。(来源:中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室)

原标题:锂-硫电池循环寿命方面研究取得重要突破
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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