我所通过纳米反应器的电催化效应构建高性能的锂硫电池

  近日,我所微纳米反应器与反应工程学研究组(05T7组)刘健研究员团队与二维材料与能源器件研究组(DNL21T3)吴忠帅研究员团队通过分子水平的设计,开发了一种Fe1-xS修饰的纳米反应器,并将其应用于锂硫电池正极,获得了优异的多硫化物催化活性和循环稳定性。

  锂硫电池具有较高的理论能量密度(2600 Wh/kg)和理论比容量(1675 mAh/g),被认为是一种有广阔应用前景的高比能电池。但由于在充放电过程中硫的转化反应动力学慢,导致硫的利用率不高、穿梭效应严重等问题,使得锂硫电池的容量偏低,循环稳定性差,大大限制了锂硫电池的实际应用。因此,如何合理设计电催化体系,在高载硫的条件下,高效稳定地实现多硫化物的催化转化,提高锂硫电池的容量和寿命,是目前锂硫电池应用发展的瓶颈之一。 

  

  该研究团队从分子水平的设计角度出发,合理地设计出一种电催化剂Fe1-xS颗粒修饰的碳球纳米反应器,并将其应用于锂硫电池的正极,成功构建了高催化活性、高硫载量的硫正极复合材料。该纳米反应器质量密度低,孔隙率高,具有高度分散的电催化剂,显著提高了对多硫化物的吸附催化转化能力。在0.5 C的电流密度条件下,容量保持1070 mAh/g循环200圈几乎没有衰减。这种纳米反应器结构的设计策略为研究纳米空间中的离子迁移扩散,构建高容量、长循环寿命的金属硫电池提供了新的思路。

  相关研究成果发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)上。上述工作得到了国家自然科学基金项目、中科院洁净能源创新研究院合作基金项目等的资助。(文/石浩东 图/Yash Boyjoo)

  

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