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澳门新葡www.8455.com最新网站侯仰龙课题组在锂硫电池研究领域取得新进展

2016-04-12

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近日,澳门新葡8455最新网站侯仰龙">侯仰龙研究团队设计了两种锂硫电池的正极材料,其一为多孔碳球包裹的Si/SiO2复合材料,另一种为三维垂直排列的多孔碳层材料。这两种材料均表现出了高充放电容量、良好的倍率性能与优良的循环稳定性,为锂硫电池正极材料的设计提供了有效方法,第一篇成果发表在《先进材料》(IF=17.493)上,并选为Frontispiece(Y. Hou et al. Adv. Mater. 2016 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201506111/abstract);第二篇成果发表在《先进能源材料》(IF=16.146)上(Y. Hou et al. Adv.Energy Mater.2016
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201502518/abstract)。

在目前的储能技术领域,锂硫电池的理论能量密度为锂离子电池理论能量密度的五倍以上,约为2600 Wh/kg,其理论容量可高达1672 mAh/g,具有环境友好与低成本的优势,表现出了较高的应用潜力,受到了广泛关注。虽然锂硫电池具有很高的应用价值,但由于硫的导电性差、充放电过程中体积变化大,尤其是形成的多硫化锂中间产物,其在正负极之间的穿梭作用,会显著降低锂硫电池的容量与循环稳定性,成为锂硫电池发展中亟待解决的重要问题。侯仰龙">侯仰龙研究团队设计的多孔碳球包裹的Si/SiO2复合材料,使Si和SiO2在碳化处理过程后,均匀地分布在多孔碳球中,同时形成的微孔和中孔结构,不仅提供了储硫的空间,还可通过物理吸附的方式,吸附生成的多硫化物;并在物理吸附作用的基础上,分布于多孔碳球中正电性的Si/SiO2,与负电性的多硫化物阴离子之间存在强烈的静电相互作用,可更加有效吸附多硫化物,提升锂硫电池的循环稳定性。该多孔碳球包裹的Si/SiO2复合材料作为锂硫电池中的硫的载体,表现出高倍率性能与优良的循环稳定性,在2C的电流下,放电容量达到614 mAh/g,循环500圈后,容量维持在610 mAh/g,每圈仅衰减0.063%。

侯仰龙">侯仰龙研究团队所设计的另一种三维垂直排列的多孔碳层材料,具有丰富的空隙结构,比表面积达1750 m2/g,这种结构不仅可使硫均匀的分布于基底材料中,并与电解质充分接触,还可以有效抑制多硫化物的穿梭效应,保证锂硫电池的循环性能。该三维多孔碳层材料在837 mA/g的电流下,循环300圈后,容量维持在844 mAh/g,容量保留达到80.3%;与此同时,该电极材料具有出色的倍率性能,在3340 mA/g的电流下,容量可达738 mAh/g。


(a) 多孔碳球包裹的Si/SiO2复合材料                           (b) 三维垂直排列的多孔碳层材料

两篇工作第一编辑均为澳门新葡www.8455.com最新网站材料系13级博士研究生Sarish Rehman,合编辑包括郭少军">郭少军研究员。研究得到国家自然科学基金委杰出青年基金、面上基金等项目的支撑。

 

 
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