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氮化銦“豎”墻鋰離子電池增壽

鉅大LARGE  |  點擊量:807次  |  2020年08月13日  

南開大學牛志強、王一菁研究員聯合清華大學張強教授通過隔膜改性,將氮化銦納米線引入到鋰-硫電池中,雙功能的氮化銦性隔膜猶如“豎起”的高墻,有效地抑制鋰硫電池“穿梭效應”,實現了電池循環壽命顯著提升。相關成果已在十二月的《美國化學學會·納米材料》上發表。


鋰離子電池已經得到廣泛的應用。然而現行鋰離子電池的能量密度依然不足以滿足許多應用需求,而鋰-硫電池由于具有極高的理論比容量,并且硫含量豐富,價格低廉而備受關注。但鋰-硫電池在其在電化學過程中,在硫正極和鋰負極之間溶解的多硫化物引起的“穿梭效應”及其動力學轉化緩慢嚴重降低了活性硫的利用率,從而導致容量的快速衰,大大降低了鋰-硫電池的使用壽命?!八^‘穿梭效應’,指的是在充放電過程中,正極出現的多硫化物中間體溶解到電解液中,并穿過隔膜,向負極擴散,與負極的金屬鋰直接發生反應,最終造成了電池中有效物質的不可逆損失、電池壽命的衰減、低的庫倫效率?!迸V緩娊榻B,目前,人們已經采取各種方法去改善上述問題,其中最普遍的策略是采用具有高比表面積的納米結構碳材料,通過物理限制用途進行多硫化鋰的捕獲;或是使用極性材料通過化學相互用途進行多硫化鋰的捕獲。


盡管如此,但碳的非極性通常導致循環性能不佳,極性材料的低電導率導致硫的利用率低,倍率性能差。因此有必要開發一種簡單但可以顯著提高硫正極的循環性能,同時保持良好倍率性能的有效材料制備方法,這關于實現長循環壽命的鋰硫電池來說是十分重要的?!暗煹你熽栯x子和富電子氮原子通過強的化學鍵合用途捕獲生成的多硫化物;同時,氮化銦表面的快速電子轉移提高了多硫化物的動力學轉化過程,這樣,雙功能的氮化銦改性隔膜猶如一道墻,可有效地抑制鋰硫電池中的‘穿梭效應’?!迸V緩娊榻B,具有氮化銦改性隔膜的鋰-硫電池表現出優異的倍率性能和循環性能,在1000次循環后每個循環的容量衰減僅有0.015%,該研究為下一步開發高穩定性鋰-硫電池奠定了基礎。


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