大連化物所:通過納米反應器的電催化效應構建高性能的鋰硫電池

2020-12-13 全國能源信息平臺

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近日，中國科學院大連化學物理研究所微納米反應器與反應工程學研究組(05T7組)劉健研究員團隊與二維材料與能源器件研究組(DNL21T3)吳忠帥研究員團隊通過分子水平的設計，開發了一種Fe1-xS修飾的納米反應器，並將其應用於鋰硫電池正極，獲得了優異的多硫化物催化活性和循環穩定性。

鋰硫電池具有較高的理論能量密度(2600 Wh/kg)和理論比容量(1675 mAh/g)，被認為是一種有廣闊應用前景的高比能電池。但由於在充放電過程中硫的轉化反應動力學慢，導致硫的利用率不高、穿梭效應嚴重等問題，使得鋰硫電池的容量偏低，循環穩定性差，大大限制了鋰硫電池的實際應用。因此，如何合理設計電催化體系，在高載硫的條件下，高效穩定地實現多硫化物的催化轉化，提高鋰硫電池的容量和壽命，是目前鋰硫電池應用發展的瓶頸之一。

該研究團隊從分子水平的設計角度出發，合理地設計出一種電催化劑Fe1-xS顆粒修飾的碳球納米反應器，並將其應用於鋰硫電池的正極，成功構建了高催化活性、高硫載量的硫正極複合材料。該納米反應器質量密度低，孔隙率高，具有高度分散的電催化劑，顯著提高了對多硫化物的吸附催化轉化能力。在0.5 C的電流密度條件下，容量保持1070 mAh/g循環200圈幾乎沒有衰減。這種納米反應器結構的設計策略為研究納米空間中的離子遷移擴散，構建高容量、長循環壽命的金屬硫電池提供了新的思路。

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