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ACS Nano華東理工大學詹亮團隊在鋰硫電池領(lǐng)域研究的新進展

來源：華東理工大學      2022-07-01
導(dǎo)讀：近日，國際知名學術(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，在線報道了華東理工大學化工學院功能炭材料研究團隊在鋰硫電池領(lǐng)域研究的新進展。
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，被認為是繼鋰離子電池之后最具應(yīng)用前景的電化學儲能體系之一。對硫正極而言，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題；對鋰負極而言，鋰枝晶的不可控生長容易引發(fā)電池短路甚至有安全隱患。因此，如何在電池長期循環(huán)過程中同步抑制“穿梭效應(yīng)”和“枝晶生長”成為鋰硫電池實際應(yīng)用化進程中一項艱巨的技術(shù)挑戰(zhàn)。

針對以上問題，功能炭材料研究團隊合成了一種“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、強化學吸附位點（SnO2）和動態(tài)插層轉(zhuǎn)換動力學（LixSnSe2）等特點。采用原位XRD、原位Raman、非原位XANES和DFT模擬計算，證實了該隔膜修飾層對“穿梭效應(yīng)”具有較好的抑制作用，并且能促進多硫化鋰催化轉(zhuǎn)化。此外，G-mSnO2/SnSe2較強的親鋰位點和多孔結(jié)構(gòu)有助于降低鋰的成核過電位和Li剝離與沉積過程中負極表面的均勻成核，進而有效抑制鋰枝晶生長。當G-mSnO2/SnSe2用作鋰硫電池的隔膜修飾層時，展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能：高硫利用率（0.2 C，1544 mAh g-1）、長循環(huán)壽命（5 C電流密度下循環(huán)2000次可逆容量高達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)后庫倫效率仍維持在99%以上。此外，所組裝的1.6 g S/Ah級軟包電池在低電解質(zhì)/硫比率（E/S= 3 μL mg-1）和低負極/正極比（N/P = 2.6）條件下，電池其能量密度仍然高達359 Wh kg-1。
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華東理工大學化工學院詹亮教授和北京理工大學陳人杰教授為該論文通訊作者，研究工作得到了國家自然科學基金等項目資助。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02810

參考資料：https://hgxy.ecust.edu.cn/2022/0629/c1183a146586/page.htm


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