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聚焦|电池界新秀:石墨烯基锂硫电池

作者:    浏览次数:1349    发布日期:2016-07-06

自中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室成会明课题组发现了石墨烯可作为硫电极及电池隔膜的保护及导电层后,关于石墨烯锂硫电池的研究便不断取得了新进展。

近年来,北京科技大学数理学院王荣明教授带领的先进物质与界面物理研究团队在物质的界面结构调控、表征和特性研究领域开展了一系列研究工作。团队青年教师于明鹏博士与邱宏教授等合作在新型石墨烯基锂硫电池正极材料方面发现,锂硫电池具有高理论能量密度 (2600 Wh/kg),且单质硫价格低廉、环境友好的优点,但是,如何提高活性物质硫的利用率并改善循环稳定性等成为目前的一个主要问题,这也引起了科学界的广泛关注。

针对上述问题,于明鹏博士与其合作者在制备N-掺杂石墨烯基础上,采用熔融-扩散的方法获得碳-硫复合材料,并进一步通过原子层沉积 (ALD)对碳硫体系界面进行调控。获得的N-掺杂石墨烯具有高吡啶、吡咯氮含量、大比表面积以及丰富的孔结构等优点,大幅提高了石墨烯材料的表面化学活性。碳-硫复合材料可以通过碳材料物理吸附和N-掺杂的化学吸附对充放电过程中产生的多硫离子进行有效束缚,ALD改性则可进一步起到原位吸附和屏蔽作用,从而有效抑制充放电过程中的“穿梭效应”,最终得到优异的电化学性能。作者还通过理论计算对氧化物与多硫离子的结合能力进行了深入研究。

该项研究工作已被该领域的国际顶级学术期刊《能源与环境科学》接收发表。是继该团队在Nature系列杂志发表论文、陈娣教授团队在新能源领域取得新进展以来的又一项重要成果。