中國團隊開發新型鋰硫電池正極材料 優化催化活性和穩定性
時間:2020-04-25 11:00來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：DICP官網）
據外媒報道，中國研究團隊開發出由Fe1-xS修飾的介孔碳球納米反應器，可用于鋰硫電池的正極。該團隊由中國科學院大連化學物理研究所的劉健教授和吳忠帥教授領導。Fe1−xS‐NC具有高比表面積（627 m2/ g），大孔容（0.41 cm3/ g），增強對鋰多硫化物的吸附和電催化過渡。該材料具有良好的多硫化物催化活性和循環穩定性。
鋰硫電池的理論能量密度高達2600 Wh/kg，理論比容量為1675 mAh/g。然而，在充放電過程中，由于硫的轉換反應動力學過程較慢，導致硫利用率低，多硫化物穿梭效應嚴重，使鋰硫電池容量低，穩定性差。為了在高載硫狀態下，高效穩定地催化轉化多硫化物，提升鋰硫電池的循環穩定性，需要一種新的電催化體系。
在本項研究中，研究人員設計了一種由高分散Fe1-xS電催化劑納米顆粒（Fe1-xS-NC）修飾的納米反應器，并將這種介孔碳材料應用于鋰硫電池正極，構建具有高催化活性和高載硫的正極材料。該材料具有低質量密度、高孔隙率、電催化劑高度分散等特點，顯著提高了對多硫化物的吸附和催化轉化能力。Fe1-xS-NC的初始容量為1070 mAh/。研究人員發現，在電流密度為0.5 C的情況下，經過200次循環，幾乎沒有容量衰減。
研究人員表示：“Fe1−xS納米粒子具有很高的電催化活性，加上它的電子導電性和可達性高，可以有效地吸附LiPs，并將其轉化為Li2S。電催化劑在具有大介孔孔洞的分級多孔碳球中分布良好，能夠適應高載硫量，調節充放電循環中的體積變化，增強電解質向活性位點的傳質。因此，利用這種材料打造的高性能正極，不僅具有優異的穩定性和高導電率，而且可能在載硫量高達8.14mg/cm2的情況下，保持良好的循環性能。
這些研究成果可為構建更復雜的結構奠定基礎，比如空心結構、摻有金屬硫化物的中空核殼或多殼粒子。通過分子級設計，提高鋰化硫電池在長期循環穩定性和高載硫方面的性能。利用分子級設計，并選擇合適的前體和合成方法，有望在碳載體內合成高度分散的金屬氮化物、氧化物、磷化物或鹵化物。”
(責任編輯：子蕊)
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