极端温度条件下锂硫电池研究

近日,iChEM研究人员、厦门大学化学化工学院董全峰教授课题组在极端温度条件下锂硫电池研究方面取得重要进展,相关研究成果“Enhanced Adsorptions to Polysulfides on Graphene-Supported BN Nanosheets with Excellent Li-S Battery Performance in a Wide Temperature Range”发表在国际学术期刊ACS Nano(DOI:10.1021/acsnano.8b05534)。

作为新一代高比能化学电源,锂硫电池受到持续关注。结合这一体系的特殊性,课题组对硫复合电极从“催化设计”和“结构设计”两个方面开展了系统的研究工作(Chem. Mater., 2015, 27, 2048−2055; Energy Environ. Sci., 2016, 9, 1998; ACS Nano, 2017, 11, 6031-6039; ACS Nano, 2017,11, 11417-11424;J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3134-3138.)。

硫电极过程涉及复杂的多电子反应,包含液相反应阶段和固相反应阶段。其中固相反应阶段提供了电池大部分的容量,但是固相阶段反应动力学缓慢,因而其低温性能较差;同时由于高温下“穿梭效应”加剧,其高温性能也不理想。如何在高温环境和低温环境下都保持优异的电化学性能是锂硫电池领域的重大挑战。

结合前期在“催化设计”及“结构设计”方面的进展,课题组设计合成了一种基于石墨烯/氮化硼复合材料的高性能硫复合电极,利用石墨烯的高电子导电性,氮化硼稳定多硫化物的能力,以及复合材料协同产生的很强的“增强吸附”作用,大幅度改善了锂硫电池的高低温电化学性能。在高温环境下,复合材料可以更有效地吸附多硫化物,降低穿梭效应,提高电池循环稳定性;在低温环境下,可以有效催化锂硫电池的转换反应,降低电池极化,提高电池容量。最终将锂硫电池的有效工作温度范围拓宽到-40℃到70℃。

该研究工作主要由厦门大学化学化工学院2014级博士生邓丁榕在董全峰教授和郑明森副教授的指导下完成,理论计算由袁汝明副教授完成。博士生薛飞、白成栋、雷杰参与了部分工作。

该工作得到科技部重大基础研究计划(项目批准号:2015CB251102)、国家自然科学基金(项目批准号:21673196、21621091、21703186、21773192)和中央高校基本科研业务费专项资金(项目批准号:20720150042、20720150043)的资助。



论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.8b05534  


发布日期:2018/11/20 发布者:网站管理员 点击数:160