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ACS Nano華東理工大學(xué)詹亮團(tuán)隊(duì)在鋰硫電池領(lǐng)域研究的新進(jìn)展
來(lái)源：華東理工大學(xué) 2022-07-01
導(dǎo)讀：近日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊ACS Nano以“Dynamic Intercalation-Conversion Site Supported Ultrathin 2D Mesoporous SnO2/SnSe2 Hybrid as Bifunctional Polysulfide Immobilizer and Lithium Regulator for Lithium-Sulfur Chemistry”為題，在線報(bào)道了華東理工大學(xué)化工學(xué)院功能炭材料研究團(tuán)隊(duì)在鋰硫電池領(lǐng)域研究的新進(jìn)展。
鋰硫電池因硫的低成本、超高的理論容量（1675mAh g-1），高能量密度（2600Wh kg-1）等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是繼鋰離子電池之后最具應(yīng)用前景的電化學(xué)儲(chǔ)能體系之一。對(duì)硫正極而言，可多硫化鋰溶于電解液形成“穿梭效應(yīng)”，導(dǎo)致活性物質(zhì)硫利用率低和容量快速衰減等問(wèn)題；對(duì)鋰負(fù)極而言，鋰枝晶的不可控生長(zhǎng)容易引發(fā)電池短路甚至有安全隱患。因此，如何在電池長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中同步抑制“穿梭效應(yīng)”和“枝晶生長(zhǎng)”成為鋰硫電池實(shí)際應(yīng)用化進(jìn)程中一項(xiàng)艱巨的技術(shù)挑戰(zhàn)。針對(duì)以上問(wèn)題，功能炭材料研究團(tuán)隊(duì)合成了一種“雙功能”石墨烯介孔SnO2/SnSe2納米片用作鋰硫電池的隔膜修飾層（G-mSnO2/SnSe2），其具備高電導(dǎo)率、強(qiáng)化學(xué)吸附位點(diǎn)（SnO2）和動(dòng)態(tài)插層轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)（LixSnSe2）等特點(diǎn)。采用原位XRD、原位Raman、非原位XANES和DFT模擬計(jì)算，證實(shí)了該隔膜修飾層對(duì)“穿梭效應(yīng)”具有較好的抑制作用，并且能促進(jìn)多硫化鋰催化轉(zhuǎn)化。此外，G-mSnO2/SnSe2較強(qiáng)的親鋰位點(diǎn)和多孔結(jié)構(gòu)有助于降低鋰的成核過(guò)電位和Li剝離與沉積過(guò)程中負(fù)極表面的均勻成核，進(jìn)而有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。當(dāng)G-mSnO2/SnSe2用作鋰硫電池的隔膜修飾層時(shí)，展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：高硫利用率（0.2 C，1544 mAh g-1）、長(zhǎng)循環(huán)壽命（5 C電流密度下循環(huán)2000次可逆容量高達(dá)648 mAh g-1，平均每圈容量衰減率僅為0.0144%）和倍率性能（8 C，794 mAh g-1）；Li|Li對(duì)稱電池在1 mA cm-2/1 mAh cm-2條件下可穩(wěn)定循環(huán)2200 h以上，Li-Cu電池經(jīng)500次循環(huán)后庫(kù)倫效率仍維持在99%以上。此外，所組裝的1.6 g S/Ah級(jí)軟包電池在低電解質(zhì)/硫比率（E/S= 3 μL mg-1）和低負(fù)極/正極比（N/P = 2.6）條件下，電池其能量密度仍然高達(dá)359 Wh kg-1。華東理工大學(xué)化工學(xué)院詹亮教授和北京理工大學(xué)陳人杰教授為該論文通訊作者，研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02810
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