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中国团队开发新型锂硫电池正极材料 优化催化活性和稳定性

发布时间:2021-07-22 发布时间:
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(图片来源:DICP官网)


据外媒报道,中国研究团队开发出由Fe1-xS修饰的介孔碳球纳米反应器,可用于锂硫电池的正极。该团队由中国科学院大连化学物理研究所的刘健教授和吴忠帅教授领导。Fe1−xS‐NC具有高比表面积(627 m2/ g),大孔容(0.41 cm3/ g),增强对锂多硫化物的吸附和电催化过渡。该材料具有良好的多硫化物催化活性和循环稳定性。


锂硫电池的理论能量密度高达2600 Wh/kg,理论比容量为1675 mAh/g。然而,在充放电过程中,由于硫的转换反应动力学过程较慢,导致硫利用率低,多硫化物穿梭效应严重,使锂硫电池容量低,稳定性差。为了在高载硫状态下,高效稳定地催化转化多硫化物,提升锂硫电池的循环稳定性,需要一种新的电催化体系。


在本项研究中,研究人员设计了一种由高分散Fe1-xS电催化剂纳米颗粒(Fe1-xS-NC)修饰的纳米反应器,并将这种介孔碳材料应用于锂硫电池正极,构建具有高催化活性和高载硫的正极材料。该材料具有低质量密度、高孔隙率、电催化剂高度分散等特点,显著提高了对多硫化物的吸附和催化转化能力。Fe1-xS-NC的初始容量为1070 mAh/。研究人员发现,在电流密度为0.5 C的情况下,经过200次循环,几乎没有容量衰减。


研究人员表示:“Fe1−xS纳米粒子具有很高的电催化活性,加上它的电子导电性和可达性高,可以有效地吸附LiPs,并将其转化为Li2S。电催化剂在具有大介孔孔洞的分级多孔碳球中分布良好,能够适应高载硫量,调节充放电循环中的体积变化,增强电解质向活性位点的传质。因此,利用这种材料打造的高性能正极,不仅具有优异的稳定性和高导电率,而且可能在载硫量高达8.14mg/cm2的情况下,保持良好的循环性能。


这些研究成果可为构建更复杂的结构奠定基础,比如空心结构、掺有金属硫化物的中空核壳或多壳粒子。通过分子级设计,提高锂化硫电池在长期循环稳定性和高载硫方面的性能。利用分子级设计,并选择合适的前体和合成方法,有望在碳载体内合成高度分散的金属氮化物、氧化物、磷化物或卤化物。”



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