省颗粒学会朱俊武教授团队抑制锂硫电池穿梭效应研究取得新进展
2020-03-25浏览次数:169
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    日前,江苏省颗粒学会副理事长、南京理工大学化工学院朱俊武教授课题组与美国阿贡国家实验室合作,在抑制锂硫电池穿梭效应研究方面取得新的进展,并在《Nature Communications》期刊上发表题为“Switchable encapsulation of polysulfides in thetransition between sulfur and lithium sulfide”的研究论文。

    该研究受凝血与溶栓机制启发,巧妙地将氮掺杂碳量子点(N-CDs) 作为添加剂加入电解液中,作为多硫化锂凝结因子能够使得溶出的多硫化物快速凝结,原位形成可恢复性保护层。放电过程中生成的多硫化物与电解液中的N-CDs相互作用,在硫正极表面形成多硫化物/N-CDs凝结层,从而阻止了后续多硫化物的溶解和扩散,固化了硫正极。尽管硫正极在放电过程中可能会破坏最初的凝结层,导致多硫化物扩散,但是高度分散的N-CDs可以快速捕捉溶出的多硫化物并且修复这个缺口。在完全放电时,多硫化物/N-CDs凝结层中的多硫化物被原位还原为Li2S,此时N-CDs作为成核位点进一步促进硫化锂晶体生长,凝结层暂时消失。在充电过程中,凝结层的演变是完全可逆的。放电/充电过程类似于血管内血栓的形成和血栓的溶解,其中N-CDs充当活化的血小板,多硫化物/N-CDs凝结层可在硫正极表面反复产生和溶解,有效地固化了多硫化物,抑制了“穿梭效应”,提高了电化学性能。电化学测试表明,电池在0.5C下仍具有891 mAh g-1的可逆容量,库伦效率为99.5%,同时获得了高达6.0 mAh cm−2的面容量。

    本研究为解决 “穿梭效应” 对锂硫电池的影响,增强锂硫电池进一步商业化应用,为今后发展具有高能量密度和长循环寿命的锂硫电池提供了切实可行的策略,而且受凝血机制启发提出的多硫化物凝结因子概念也可以应用于其他电化学领域。

 

氮掺杂碳量子点作为多硫化锂凝结因子作用机制

氮掺杂碳量子点作为多硫化锂凝结因子作用机制

 

    南京理工大学化工学院朱俊武教授、付永胜老师、博士生吴震、美国阿贡实验室袁一斐博士为论文共同第一作者。该研究也得到了国家自然科学基金项目和江苏省杰出青年基金等项目的支持。

作者:江苏省颗粒学会编辑:徐剑
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