<acronym id="k8kqm"><center id="k8kqm"></center></acronym>

Advanced Materials發表麥立強教授團隊研究論文

發布:2020-05-12 19:33 來源:新材料研究所 字體:
 加載中

  近日,麥立強教授團隊在國際知名學術期刊Advanced Materials發表題為“Engineering Oxygen Vacancies in Polysulfide-Blocking Layer with Enhanced Catalytic Ability”的研究論文。這是麥立強教授團隊在深入研究高能量密度鋰硫電池正極材料后,在鋰硫電池隔膜修飾工程上完成的另一個重要研究成果。

  隨著全球對能源需求的不斷高漲,高能量密度、高容量的儲能器件已經成為能源領域關注的焦點。鋰硫電池因其超高的理論容量(1675 mAh/g)和能量密度(2600 Wh/Kg),有望成為下一代儲能系統的有力候選者。盡管鋰硫電池已經經過幾十年的研究和發展,但是鋰硫電池商業化應用仍然受限于諸多因素。尤其是多硫化物的溶解及其穿梭效應,嚴重造成了活性物質的損失以及其與鋰離子反應困難,最終導致電池容量迅速衰減,縮短電池壽命。

  與精細復雜的鋰硫電池宿主材料結構的設計相比,隔膜修飾工程被認為是一項工藝簡單、可大批量制備的策略,同時對解決鋰硫電池中的問題具有同樣的效力。然而,為了實現最優阻隔多硫化物穿梭的能力,大多的數隔膜修飾依靠在隔膜的一側“裝備”一層厚而重的“防護墻”,以達到阻隔多硫化物穿梭的目的。然而,這種策略卻忽略了一個重要事實:厚而重的修飾層不僅難以在隔膜上穩定存在,同時額外的質量增加會大大降低鋰硫電池的能量密度。因此,理想的隔膜修飾工程不僅要盡可能減少修飾材料的占比,而且能有效抑制多硫化物的穿梭效應。

  通過第一性原理計算發現,氧缺陷(OVs)的引入不僅增強了對多硫化物的吸附能力;而且因為氧缺陷位點的存在,OVs-TiO2表面的電子云密度發生變化、極性增強,提高了OVs-TiO2的離子電子電導率和催化能力。掃描透射電鏡(STEM)結果表明單個OVs-TiO2納米片的厚度僅為5 nm左右,并且呈現出完美的規則矩形結構,并通過電子能量損失譜(EELs)及電子順磁共振波譜(EPR)等表征手段深度探究了氧缺陷的存在及其化學性質(圖1)。


  圖1 OVs-TiO2及其對比樣的形貌結構表征。(a-c) OVs-TiO2的STEM圖像;(d, e)EELs圖譜;(f)XRD圖譜;(g)EPR圖譜。

  500 nmOVs-TiO2修飾商業化聚丙烯隔膜(OVs-TiO2@PP separator),OVs-TiO2的面載量僅為0.12 mg/cm2。在高活性物質負載的條件下,OVs-TiO2的額外比重僅為1.7%。這層薄薄的修飾層不僅保證了對多硫化物的抑制作用,而且有利于鋰離子的快速通過,同時低的負載量為鋰硫電池高的能量密度提供了保障。電化學性能測試表明,OVs-TiO2對多硫化物的催化轉化能力,以及在容量、循環穩定性、倍率性能上相比于無氧缺陷TiO2修飾的隔膜和PP隔膜都有大幅提升和改善(圖2)。尤其是在硫負載量高達7.1 mg cm-2,循環100圈以后面容量仍有5.83 mAh cm-2,為氧缺陷在其他金屬氧化物中的應用提供了有力的基礎。


  圖2 電化學性能測試。(a)CV曲線;(b)多掃速CV曲線;(c)對稱電池測試;(d)0.5 C下的循環性能圖;(e) 倍率性能圖;(f)EIS圖譜;(g)2.0 C下的長循環性能圖;(h)高負載循環圖。

  總之,麥立強教授團隊結合理論計算、結構表征及電化學性能測試,證明了在隔膜修飾中利用氧缺陷工程實現了對多硫化物有效的阻隔和催化轉化。該工作為鋰硫電池隔膜修飾工程的研究提供了新的方向,尤其在制備超薄隔膜修飾層的發展上,實現了高能量密度和高穩定性的鋰硫電池,推動了鋰硫電池在能源儲存中的實際應用。

  文章鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.201907444

  通訊員:熊遠祿 審稿人:羅小寒

© 2018 武漢理工大學經緯網

  檢測到正在使用 Internet Explorer 。為了更好地瀏覽新聞經緯,請將瀏覽器升級到更高版本或更換瀏覽器    點擊此處安裝新內核。
宝宝计划