青島能源所開發(fā)出雙碳雙活性物質(zhì)的新型鋰-硫（硒）電池體系
然而，鋰硫電池固有的自身缺陷阻礙了其持續(xù)的推廣及應用：由于硫單質(zhì)及還原產(chǎn)物多硫化合物(Li2S/Li2S2)的導電率低，導致鋰硫電池中活性物質(zhì)利用率低，倍率性能差;在充放電過程中產(chǎn)生的可溶性多硫化合物，導致“穿梭效應”出現(xiàn)，降低了電池的循環(huán)壽命。因此，開發(fā)具有高導電性，且對“穿梭效應”具有較強弱化能力的正極材料，是獲取高性能鋰硫電池的關鍵技術。
中國科學院青島生物能源與過程研究所先進儲能材料與技術研究組研究員武建飛深耕鋰硫電池領域，針對鋰硫電池的本征缺陷提出了多種解決思路，并取得了一系列的創(chuàng)新性研究成果(Journal of Materials Chemistry A, 6 (2018), 23486-23494;Electrochimica Acta, 295 (2019), 684-692;ACS Applied Materials & Interfaces, 11 (2019), 15607-15615;Advanced Materials Interfaces, 2020, 2001698)。以往研究發(fā)現(xiàn)，與硫同族的硒元素具有和硫類似的轉(zhuǎn)化反應機理，且鋰硒電池的“穿梭效應”可以明顯得到抑制。而與鋰硫電池相比，鋰硒電池容量較低，無法滿足高比能電池的要求。針對這一問題，該研究組博士生楊澤文利用硫和硒的協(xié)同作用，彌補各自體系的“木桶短板”，設計開發(fā)了具有雙碳雙活性物質(zhì)的新型鋰-硫(硒)電池體系。該體系以殼聚糖基衍生碳為基底，三維纏繞碳納米管構成雙碳的活性物質(zhì)載體，可有效提高三維碳載體骨架的導電性和結構穩(wěn)定性;通過煅燒方式負載硫-硒復合物作為活性材料，獲得具有高容量、高循環(huán)穩(wěn)定性能的鋰硫(硒)電池正極材料。研究表明，在0.5 C(1 C=1340 mA·g-1)電流密度下，電池經(jīng)過500次循環(huán)后仍保持833.2 mAh·g-1的高比容量。此外，該工作還利用簡便有效的測試手段，探討此電池體系的充放電機理，得出了硫-硒復合物作為活性物質(zhì)的反應機理為鋰硫和鋰硒電池基本反應步驟的組合。
該研究為解決鋰硫電池的本征缺陷問題提供了新的參考思路，并為硫族元素在鋰金屬電池中的研究和應用奠定了基礎。近日，相關研究成果以Novel Lithium-Chalcogenide Batteries Combining S, Se and C Characteristics Supported by Chitosan-Derived Carbon Intertwined with CNTs為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。
