武漢科技大學在高比能鋰硫電池研究領域取得進展

2021-01-11 網易

2020-12-26 09:37:32　來源: 新材料科訊

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　　近日，武漢科技大學耐火材料與冶金國家重點實驗室張海軍教授領導的「先進材料研究團隊」在高比能鋰硫電池研究領域取得進展，研究成果「Defective Graphitic Carbon Nitride Modified Separators with Efficient Polysulfide Traps and Catalytic Sites for Fast and Reliable Sulfur Electrochemistry」發表在材料科學TOP期刊《Advanced Functional Materials》上（DOI: 10.1002/adfm.202010455，SCI影響因子16.836）」。材冶學院碩士生童釗明為第一作者，耐火材料與冶金國家重點實驗室黃亮副教授和雷文副教授為本文共同通訊作者，武漢科技大學為唯一通訊單位。

　　可充式鋰硫電池(LSBs)由於其理論能量密度高、硫含量豐富，環境友好等特性被認為是下一代高能量密度電池的發展方向。然而，由於LSBs自身的一些固有缺點導致其實際能量密度遠低於理論值。主要原因包括硫及其放電產物的絕緣性，硫還原為硫化鋰後的大體積膨脹效應，可溶性多硫化鋰的「穿梭效應」等問題。其中，多硫化鋰的「穿梭效應」是影響LSBs電化學性能的最主要因素。本文通過設計一種對多硫化鋰具有快速催化轉化機制的改性隔膜來實現可靠、穩定LSBs循環的目的，同時，改性隔膜也具有輕量化、熱穩定性良好和電解液浸潤性優異等商業化應用前景。

　　

　　在該工作中，研究者製備了一種均勻分散和表面富含缺陷的梭形石墨相氮化碳納米材料，將其負載在親水性聚合物聚多巴胺原位包覆的商業聚丙烯隔膜上。通過聚多巴胺表面含氧官能團直接吸附催化劑，其超低活性組分載量僅為0.17 mg cm-2。基於改性隔膜組裝成的扣式電池在充放電循環的測試中表現出優異的電化學性能，在硫面載量超過4 mg cm-2和充放電倍率高達5C的工作條件下，實現了衰減率低於0.05%的500圈穩定循環。在此基礎上，結合理論計算，揭示了有缺陷的石墨相氮化碳材料對於多硫化鋰的吸附及催化/轉化機制，表明其廣闊的應用前景。

　　

　　此前，童釗明以第一作者身份在Journal of Energy Chemistry上發表了題為」Carbon-containing electrospun nanofibers for lithium–sulfur battery: Current status and future directions」的綜述論文（SCI影響因子7.216），詳細闡述了靜電紡絲技術製備的碳纖維材料在鋰硫電池中的應用狀況。

　　2020年，先進材料研究團隊在耐火材料及結構陶瓷、光電催化等相關領域發表了一系列高水平研究成果：Journal of the American Ceramic Society 103 (2020) 5365，Journal of the European Ceramic Society 40 (2020) 2106，NPG Asia Materials 12 (2020) 1，Green Chemistry 22 (2020) 1269，ChemSusChem 13 (2020) 3731等。

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金和省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室的資助。

　　來源：武漢科技大學

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