河南大學肖助兵團隊在高體積能量密度鋰硫電池研究取得重要進展

2020-11-02 小材科研

近日，河南大學光伏材料省重點實驗室肖助兵教授課題組在高體積能量密度鋰硫電池方面取得重要研究進展，該工作以我校為獨立第一單位，以「Selective S/Li2S Conversion via in-Built Crystal Facet Self-Mediation: Towards High Volumetric Energy Density Lithium-Sulfur Batteries」為題，發表在國際頂級期刊《ACS Nano》上（影響因子14.588）。

利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，分別達到1675 mAh/g和2600 Wh/kg，但主要由於硫的絕緣特性和長鏈多硫化鋰的梭形效應，導致其低硫利用率和循環壽命較差，阻礙了鋰電池的實施。

該組開發了一種低共熔鹽輔助固相合成法，在相對較低的溫度下製備出高密度的金屬性 ZrB2納米片。結合第一性原理計算和光譜研究，證實了鋰硫電化學在局部暴露的B和Zr位點具有內在的雙晶面自調節行為，其中帶負電荷的B主要調節鋰硫電池放電過程，而帶正電荷的Zr原子主要調節鋰硫電池充電過程，即使在高電流密度和高硫負荷下也能獲得高的硫利用率。不同於以往通過非特異性行為誘捕多硫化物策略，這種選擇性催化鋰硫電化學的特性更為有效。合成的ZrB2-S電極提供了533 Wh L-1的高電池級體積能量密度，使鋰硫電池走向應用又邁出堅實一步。

該成果得到了河南大學「傑出人才特區支持計劃」第四層次特聘教授啟動經費和河南省高校基礎研究重點科研項目的支持。河南大學光伏材料省重點實驗室為該論文的唯一通訊單位。論文的第一作者為吳天利博士和碩士生齊靜，肖助兵教授為論文唯一通訊作者。

來源：河南大學

文章連結

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c04933

相關焦點

  • 中國高能量密度鋰硫電池研究取得進展
    （觀察者網訊）據觀察者網4月1日從中科院網站獲悉，由於正極材料硫具有高理論比容量、豐富的自然儲備、低成本和環境友好等顯著優點，鋰硫電池被認為是最有前景的下一代能量存儲系統。使用導電碳質材料作為硫主體來構造硫正極的傳統方法中，由於低極性碳和高極性LiPS之間的相互作用弱，碳基材料提供的物理隔離和物理吸附對抑制電池容量衰減的作用有限，特別是對於高載硫電極。
  • 近期鋰硫電池研究進展
    新型高供體數鋰硫電池電解液 在鋰硫電池中。內建晶面自調節以選擇性S/Li2S轉換用於高體積能量密度鋰硫電池 重量、面積和體積容量對二次電池的市場佔有率具有重要影響。1. Adv. Mater.: 新型高供體數鋰硫電池電解液在鋰硫電池中，多硫化鋰作為連接正極氧化態物種硫和還原態物種硫化鋰的橋梁，起到了重要作用。
  • ...電池最新研究成果以我校為獨立第一單位發表在國際頂級期刊ACS...
    近日，我校光伏材料省重點實驗室肖助兵教授課題組在高體積能量密度鋰硫電池方面取得重要研究進展，該工作以我校為獨立第一單位，以「Selective S/Li2S Conversion via in-Built Crystal Facet
  • 武漢科技大學在高比能鋰硫電池研究領域取得進展
    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
  • 石墨烯氣凝膠應用於高體積比能量鋰硫電池新進展—新聞—科學網
    中科院大連化物所
  • 關於石墨烯應用於鋰硫電池的研究進展詳解
    浙江大學高超團隊報導了一種噴霧乾燥氧化石墨烯而製備的高褶皺的花狀的石墨烯微粒。石墨烯片間的高度褶皺可以有效抑制石墨烯堆疊,形成5層以下的石墨烯片,該結構有利於電解液的浸潤和單質硫的均勻分布。通過高溫熱還原修復石墨烯原子晶格,提高材料導電性。當該材料應用於鋰硫電池時,其電化學性能遠超其它石墨烯-硫複合物。
  • 鋰硫精選：10篇好文回顧鋰硫電池近期工作進展
    鋰硫電池（Li-S）已成為未來儲能設備的一種可行的替代品，基於鋰和硫的電化學反應具有遠遠高於目前商業化的鋰離子電池的理論能量密度（2600 Wh kg-1）。本文總結了鋰硫電池最新的研究進展，包括正極載體材料、隔膜和固態電解質/電解液等方面，希望對有關研究人員有所啟發。1.
  • 鈉離子電池及鋰硫電池最新研究進展匯總
    Nano Energy：原位電鏡觀察碳納米管集電器上電化學鈉電鍍/退鍍機理利用金屬鈉作為高能量密度鈉電池系統的最終陽極具有廣闊的前景。最近，有關用於循環中無枝晶鈉沉積的納米三維電流收集器的合理設計取得了一定進展。然而，在上述主體中鈉成核和生長的行為等關鍵信息仍是未解之謎。近日，廈門大學王鳴生教授(通訊作者)等使用無定型碳納米纖維(CNF)作為集電器，通過原位電子顯微鏡首次在納米尺度下對鈉電鍍/退鍍的動力學進行觀察。使用固態電解質，作者發現金屬鈉以納/微粒的形式在單一CNFs周圍所有可能的區域(甚至在其網絡)可逆的生長和溶解。
  • ChemSusChem:納米碳基單原子催化劑助力高能量密度鋰硫電池
    清華大學和中科院蘇州納米所張躍鋼教授團隊在ChemSusChem期刊發文對高活性單原子催化劑在鋰硫電池中的應用進行了探討，文章重點探討了金屬單原子及其碳載體對多硫化物轉化反應的催化作用機制，並對單原子催化劑在電化學儲能中的應用前景和面臨的挑戰做出了展望。
  • 高能量密度金屬鋰電池研究取得重要進展 一種新型電解液「Solvent...
    隨著人們對日用電子消費產品以及電動車要求不斷提升，迫切需要發展更高能量密度的電池體系。室溫可充放鋰-硫二次電池 (Li-S batteries) 的理論能量密度為2654 Wh/kg, 是鋰離子電池(LiCoO2/C, 脫鋰0.5，理論能量密度360 Wh/kg)理論能量密度的7倍。可充放鋰硫電池預計能量密度可以達到350-400 Wh/kg, 有望顯著提高電動汽車的續航裡程。
  • 廈門大學董全峰團隊&陳嘉嘉團隊Chem:鋰硫電池Li2Sn的作用機理研究及性能提升策略
    作為最具發展潛力的新型多電子反應的二次電池體系，鋰硫（Li-S）電池已取得眾多頗有價值的進展，包括對於硫載體材料和鋰負極材料的開發、對硫氧化還原反應的機理探究等。因此，作者從多硫化物的物理化學行為出發，全面闡述多硫化物對於電池正負極材料的功能化設計、電解質和隔膜的功能調控中所起的關鍵作用。最後，該文對未來Li-S電池設計和應用化研究進行展望，並指出界面工程技術和新型表徵技術對於指導鋰硫電池單電極設計和全電池研究的重要意義。該文章共同第一作者為廈門大學博士生雷傑和劉婷，董全峰教授和陳嘉嘉教授為本文共同通訊作者。
  • 能量密度提高三倍 印度獲鋰硫電池技術突破
    摘要 【能量密度提高三倍 印度獲鋰硫電池技術突破】據外媒報導，位於印度北方邦的希夫·納達大學(Shiv Nadar University)是一所領先的多學科研究型大學，還被印度政府選為「卓越學府」(IoE)。
  • 河南大學趙勇課題組在鋰氧氣電池研究取得重要進展
    近期，河南大學趙勇課題組在鋰氧氣電池領域取得新進展，相關成果以「Greatly Promoted Oxygen Reduction Reaction Activity of Solid Catalysts by Regulating the Stability of Superoxide in Metal-O2
  • 天津大學在鋰電池電極材料取得突破成果,電池可能變得更小
    國家傑出青年科學基金獲得者、天津大學化工學院楊全紅教授研究團隊提出「硫模板法」，通過對高體積能量密度鋰離子電池負極材料的設計，最終完成石墨烯對活性顆粒包裹的「量體裁衣」，使鋰離子電池變得「更小」成為可能。該成果1月26日在線發表在《Nature Communications》(2018, 9, 402)上。作為當下使用最廣泛的二次電池，鋰離子電池具有很高的能量密度。
  • 中科院大連化物所高能量密度、長壽命鋅碘單液流電池研究取得新進展
  • 液體鋰硫和鋰硒電池採用固體電解質 能量密度高達500Wh/kg
    （圖源：greencarcongress）蓋世汽車訊 據外媒報導，鄭州大學、清華大學和史丹福大學的研究人員，聯手開發液體鋰硫和鋰硒電池系統（簡稱SELL-S和SELL-Se）。
  • 高性能鋰二次電池研究獲進展
    隨著電動汽車和移動電子產品的發展，社會對能源存儲與轉化提出更高要求，繼鋰離子電池之後，可充電電池的高能量密度、高倍率充放電、高循環穩定性成為需求。鋰硫電池憑藉其高能量密度（2600 Whkg-1）、經濟環保等優勢成為下一代儲能體系的候選者。
  • 大連理工大學膜科學與技術團隊取得新進展
    大連理工大學膜科學與技術團隊非對稱膜電極材料用於高性能鋰電池儲能取得新進展鋰硫電池由於具有理論容量高(1675 mA h g-1)、能量密度大(2600 Wh kg-1)、硫資源豐富等特點，被廣泛地認為是未來大規模儲能領域應用發展的方向。
  • 大連化物所高能量密度、長壽命鋅碘液流電池研究取得新進展
    、長壽命鋅碘液流電池研究方面取得新進展。鋅碘液流電池由於電化學活性好，電解質溶解度高，能量密度高（理論能量密度可達250.59Wh/L）等優勢，具有很好的研究和應用前景。但是目前鋅碘液流電池存在循環壽命短，功率密度低的問題。　　為解決以上問題，該研究團隊提出利用廉價的聚烯烴多孔膜（15美金/m2）替代昂貴的全氟磺酸離子交換膜，大大降低了電池成本。
  • 日本製成全固態鋰硫電池 比傳統鋰離子二次電池的能量密度高4倍
    據外媒報導，日本豐橋技術科學大學（Toyohashi University of Technology）電氣與電子信息工程系的一組科學家採用一種低成本的簡單液相法合成了一種活性含硫材料和碳納米纖維（CNF）複合材料。研究人員採用液相法製成了硫-CNF複合材料，再製成了全固態鋰硫電池，與鋰離子二次電池相比，其放電容量更高、循環穩定性更好。