我國科學家研發出單原子修飾的納米反應器

2020-09-12 中國科學院科技產業網

近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組研究員吳忠帥團隊與有機-無機雜化材料研究組研究員楊啟華團隊合作，發展出一種單原子鋅修飾的中空碳球納米反應器。

該反應器可同時用作鋰硫電池正極、負極的基體，提高對多硫化物的催化活性並抑制鋰負極枝晶的生長，應用該反應器的高比能鋰硫全電池具有高載量、高倍率、長循環的性質。

鋰硫電池具有較高理論能量密度（2600Wh/kg）和比容量（1675mAh/g），被認為是具有潛力的下一代高能量密度的電化學儲能技術。但正極多硫化物的穿梭效應、轉化動力學緩慢、負極的鋰枝晶生長等導致鋰硫電池的容量較低、安全性能不高、循環穩定性差，這限制了其商業化發展。

大連化物所研發出單原子修飾的納米反應器並用於高性能鋰硫電池

因此，設計一種輕質量、高導電、高催化活性、優異親鋰位點、高機械強度的載體材料，同時能抑制多硫化物穿梭和金屬鋰枝晶的鋰硫全電池，是目前突破鋰硫電池應用瓶頸的一種有效方法。

該研究針對鋰硫電池存在的問題和遭遇的關鍵技術瓶頸，結合吳忠帥團隊在高性能鋰硫電池體系和楊啟華團隊在高效納米反應器催化體系的研究，發展出原子尺度的、單原子鋅修飾的中空碳殼納米反應器。該反應器具有較高的比表面積、多級的孔結構、良好的親鋰金屬表面、優異的催化活性。

將其同時應用於鋰硫電池的正極和負極，提升了正極對多硫化物的吸附催化轉化能力，抑制了負極的鋰枝晶生長。該電池在700圈長循環條件下，容量衰減率僅0.015%；在高電流密度條件下，仍有989mAh/g的比容量。此種中空碳殼納米反應器的設計策略，為基於轉化反應的鋰硫電池等高能密度能源器件的設計提供參考。

相關研究成果發表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上。研究工作得到國家重點研發計劃、中科院潔淨能源創新研究院等的資助。

來源：大連化學物理研究所

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