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学术动态

先进材料研究团队在高比能锂硫电池研究领域取得进展

发布者:系统管理员发布时间:2020-12-23浏览次数:194

    武科大网讯 近日,我校耐火材料与冶金国家重点实验室张海军教授领导的“先进材料研究团队”在高比能锂硫电池研究领域取得进展,研究成果“Defective Graphitic Carbon Nitride Modified Separators with Efficient Polysulfide Traps and Catalytic Sites for Fast and Reliable Sulfur Electrochemistry”发表在材料科学TOP期刊《Advanced Functional Materials》上(DOI: 10.1002/adfm.202010455,SCI影响因子16.836)”。我校材冶学院硕士生童钊明为第一编辑,耐火材料与冶金国家重点实验室黄亮副教授和雷文副教授为本文共同通讯编辑,56711kcom彩票平台为唯一通讯单位。

    可充式锂硫电池(LSBs)由于其理论能量密度高、硫含量丰富,环境友好等特性被认为是下一代高能量密度电池的发展方向。然而,由于LSBs自身的一些固有缺点导致其实际能量密度远低于理论值。主要原因包括硫及其放电产物的绝缘性,硫还原为硫化锂后的大体积膨胀效应,可溶性多硫化锂的“穿梭效应”等问题。其中,多硫化锂的“穿梭效应”是影响LSBs电化学性能的最主要因素。本文通过设计一种对多硫化锂具有快速催化转化机制的改性隔膜来实现可靠、稳定LSBs循环的目的,同时,改性隔膜也具有轻量化、热稳定性良好和电解液浸润性优异等商业化应用前景。

    在该工作中,研究者制备了一种均匀分散和表面富含缺陷的梭形石墨相氮化碳纳米材料,将其负载在亲水性聚合物聚多巴胺原位包覆的商业聚丙烯隔膜上。通过聚多巴胺表面含氧官能团直接吸附催化剂,其超低活性组分载量仅为0.17 mg cm-2。基于改性隔膜组装成的扣式电池在充放电循环的测试中表现出优异的电化学性能,在硫面载量超过4 mg cm-2和充放电倍率高达5C的工作条件下,实现了衰减率低于0.05%的500圈稳定循环。在此基础上,结合理论计算,揭示了有缺陷的石墨相氮化碳材料对于多硫化锂的吸附及催化/转化机制,表明其广阔的应用前景。

    此前,童钊明以第一编辑身份在Journal of Energy Chemistry上发表了题为”Carbon-containing electrospun nanofibers for lithium–sulfur battery: Current status and future directions”的综述论文(SCI影响因子7.216),详细阐述了静电纺丝技术制备的碳纤维材料在锂硫电池中的应用状况。

    2020年,先进材料研究团队在耐火材料及结构陶瓷、光电催化等相关领域发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国家自然科学基金和省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室的资助。(省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室)



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