近日,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所二維材料與能源器件創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種三維石墨烯/納米碳管多孔氣凝膠材料,并將其應(yīng)用于鋰硫電池的硫單質(zhì)載體和中間層一體化正極,獲得高體積能量密度和優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性的鋰硫電池。相關(guān)研究成果發(fā)表在《納米能源》(Nano Energy)上。

鋰硫電池具有高質(zhì)量理論能量密度(2600Wh/kg)和高體積能量密度(2800Wh/L),被認(rèn)為是一種非常有應(yīng)用前景的高比能電池。但由于硫單質(zhì)存在質(zhì)量密度低(2.07g/cm 3)、導(dǎo)電性差(5×10-30 S/cm),以及充放電過(guò)程中活性物質(zhì)體積膨脹大(78.7%)、多硫化物穿梭嚴(yán)重等問(wèn)題,導(dǎo)致其雖然質(zhì)量密度較高,但體積能量密度普遍較低、循環(huán)性能較差,這大大限制了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。因此,如何同時(shí)提高鋰硫電池的質(zhì)量和體積能量密度,并延長(zhǎng)其循環(huán)壽命是目前鋰硫電池應(yīng)用研究的瓶頸之一。

該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種三維石墨烯/碳納米管多孔氣凝膠材料,并同時(shí)將其應(yīng)用于鋰硫電池的硫單質(zhì)載體和中間層,成功構(gòu)筑出自支撐、無(wú)金屬集流體的一體化正極材料。該一體化正極材料具有高的壓實(shí)密度、優(yōu)異導(dǎo)電性、良好的機(jī)械柔性,不僅實(shí)現(xiàn)了高的體積硫載量(1.64g/cm 3),顯著提高了鋰硫電池的體積能量密度(1615Ah/L),而且有效地抑制了多硫化物穿梭的效應(yīng)。在2C的大電流密度的條件下,電池能夠穩(wěn)定循環(huán)500圈,且容量幾乎沒(méi)有衰減,表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。這種硫單質(zhì)載體和中間層一體化正極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略為構(gòu)建高體積能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰硫電池提供了新的思路。

上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。

?大連化物所開(kāi)發(fā)出三維石墨烯/碳納米管多孔氣凝膠材料

大連化物所石墨烯氣凝膠應(yīng)用于高體積比能量鋰硫電池研究獲進(jìn)展

 

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