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《先進(jìn)功能材料》報(bào)道華東理工大學(xué)在鋰硫電池領(lǐng)域的研究新進(jìn)展

來源:華東理工大學(xué)化工學(xué)院       2023-05-23
導(dǎo)讀:近日,國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials 以“Accelerated Li+ Desolvation for Diffusion Booster Enabling Low-Temperature Sulfur Redox Kinetics via Electrocatalytic Carbon-grafted-CoP Porous Nanosheets”為題,在線報(bào)道了華東理工大學(xué)化工學(xué)院功能炭材料研究團(tuán)隊(duì)在鋰硫電池方面的研究新進(jìn)展。

鋰硫電池的超高能量密度(2600 Wh kg?1)和低成本等優(yōu)勢(shì),使其成為繼鋰離子電池之后最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦投坞姵伢w系之一。充放電過程中中間產(chǎn)物多硫化鋰的“穿梭效應(yīng)”及其緩慢的氧化還原動(dòng)力學(xué)降低了活性硫的有效利用率。其原因之一是溶劑化Li+難以在短時(shí)間內(nèi)解離出Li+而參與生成多硫化鋰的電化學(xué)還原反應(yīng);尤其在低溫等條件下,Li+的溶劑化現(xiàn)象嚴(yán)重阻礙了多硫化鋰的氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué),進(jìn)而在一定程度上影響炭黑/硫正極綜合電化學(xué)性能的有效發(fā)揮。

對(duì)此,功能炭材料研究團(tuán)隊(duì)提出了一種孔徑篩分效應(yīng)與電催化結(jié)合的策略,設(shè)計(jì)了表面分散CoP、氮摻雜的“貫穿孔”結(jié)構(gòu)二維多孔碳納米片,使其在Li+擴(kuò)散過程中發(fā)揮離子助推器的作用。其中,貫穿孔結(jié)構(gòu),有利于提高溶劑化Li+的去溶劑化程度,進(jìn)而提高Li+的擴(kuò)散速率;CoP提供的活性位點(diǎn),可提高溶劑化Li+的去溶劑化速率,并對(duì)多硫化鋰發(fā)揮化學(xué)吸附和催化轉(zhuǎn)化的功能。當(dāng)該材料用作商用聚丙烯隔膜的涂層材料時(shí),炭黑/硫正極展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能:大電流倍率性能(3C,775 mAh g?1)、循環(huán)穩(wěn)定性(2C,800次,容量衰減率僅為0.048%)、高硫利用率(0.1C,80次,3.2 mAh cm?2)和低溫耐受性(0oC,0.1C,80次, 647 mAh g?1)。此外,采用密度泛函理論、原位Raman、飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜等分析表征手段,揭示了貫穿孔結(jié)構(gòu)、CoP化學(xué)位點(diǎn)等對(duì)可溶性多硫化鋰的物理阻擋-化學(xué)吸附-催化轉(zhuǎn)化耦合強(qiáng)化機(jī)制。該研究對(duì)促進(jìn)鋰硫電池的商業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。

在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下,該研究由華東理工大學(xué)化工學(xué)院的張欣碩士研究生完成。功能炭材料研究團(tuán)隊(duì)的詹亮教授和德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院的王健博士為該論文的通訊作者。同時(shí),該研究得到凌立成教授的悉心指導(dǎo)。

原文連接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302624


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