博士生周洪旭的工作被Journal of Materials Chemistry A接收！
發(fā)布日期：2024-07-30
近日，我校化工學(xué)院能源材料與電化學(xué)省重點實驗室安百剛教授團隊在鋰硫電池研究領(lǐng)域取得了重要進展。研究成果《Metal-ion exsolution effect to accelerate the reaction kinetics in Li–S batteries》在國際知名期刊《Journal of Materials Chemistry A》上在線發(fā)表。該論文的第一作者為我校2024級博士研究生周洪旭，通訊作者為孫呈郭教授，張涵副教授為共同通訊作者。該項目得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金、遼寧省科技項目、遼寧省教育廳重點項目及遼寧省能源材料與電化學(xué)重點實驗室的大力支持。
圖1. 正極制備過程及形貌圖
鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用長期受阻，主要原因在于正極導(dǎo)電性差、循環(huán)過程中的體積膨脹和多硫化物的穿梭效應(yīng)。提高電池循環(huán)過程中活性物質(zhì)的反應(yīng)動力學(xué)是解決上述難題的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對這些挑戰(zhàn)，本研究創(chuàng)新性地構(gòu)建了一種負載富鎳NCM材料的三維碳骨架作為正極載硫基體。三維碳骨架富含豐富孔道，顯著提高了正極的導(dǎo)電性，同時減輕了體積膨脹對電池性能的不利影響（圖1）。更為關(guān)鍵的是，富鎳NCM材料在循環(huán)過程中通過金屬離子溶出效應(yīng)，形成了大量能夠吸附并催化多硫化物的活性位點，從而加速了活性物質(zhì)的反應(yīng)動力學(xué)，并有效抑制了多硫化物的穿梭效應(yīng)。此創(chuàng)新設(shè)計顯著提升了鋰硫電池的電化學(xué)性能和使用壽命（圖2）。實驗結(jié)果表明，使用該正極組裝的Li-S電池每圈容量衰減僅為0.051%，即使在10 C的超高電流密度和6 mg cm-2的高負載條件下，仍能實現(xiàn)453.1 mAh g-1和4 mAh cm-2的穩(wěn)定可逆充放電容量（圖3）。
圖2. 富鎳NCM材料溶出效應(yīng)示意圖
圖3. Li-S電池電化學(xué)性能圖
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https://doi.org/10.1039/D4TA03248A
（供稿：周洪旭；審核：張涵）