青島能源所開(kāi)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(guò)程中產(chǎn)生的可溶性多硫化合物，導致“穿梭效應”出現，降低了電池的循環(huán)壽命。因此，開(kāi)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(guān)鍵技術(shù)。
中國科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所先進(jìn)儲能材料與技術(shù)研究組研究員武建飛深耕鋰硫電池領(lǐng)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，與硫同族的硒元素具有和硫類(lèi)似的轉化反應機理，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(wú)法滿(mǎn)足高比能電池的要求。針對這一問(wèn)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(kāi)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定性;通過(guò)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(guò)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(jiǎn)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(wèn)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(guān)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。
