固相轉(zhuǎn)化硫電極相關(guān)研究：

鋰硫電池憑借其高理論能量密度、原料來(lái)源廣泛以及成本低廉等優(yōu)勢(shì)而成為一種備受矚目的新型儲(chǔ)能體系。盡管經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，各種新穎結(jié)構(gòu)的含硫復(fù)合正極材料、各種過(guò)渡金屬相關(guān)的化學(xué)吸附中間層或電化學(xué)催化劑如雨后春筍般被提出來(lái)臭名昭著的多硫化物穿梭效應(yīng)，但是鋰硫電池的實(shí)用化進(jìn)展仍然十分緩慢。艾新平教授曾發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中能夠循環(huán)上千次的電池做成大電池后只能循環(huán)幾周甚至都無(wú)法充放電。艾新平教授團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，只要鋰硫電池中多硫化物溶解-沉積的電化學(xué)機(jī)制存在，穿梭效應(yīng)就不可能從根本上得到。只有將鋰硫電池電化學(xué)氧化還原機(jī)理轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔噢D(zhuǎn)化機(jī)制才能真正推動(dòng)鋰硫電池的實(shí)用進(jìn)程。

圖2 在碳酸酯-醚類共溶劑電解液中硫顆粒表面原位SEI層形成的示意圖

 
蓄電池的分類：鉛酸蓄電池，鎘鎳電池，鎳氫蓄電池，燃料蓄電池，干電池，鋅空氣電池等

之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，多硫化物在很多高粘度、高濃度或一些室溫離子液體電解液中不會(huì)發(fā)生溶解，其電化學(xué)反應(yīng)遵循的是理想的固相轉(zhuǎn)化機(jī)制。不過(guò)，這些電解液要么浸潤(rùn)性差要么離子電導(dǎo)率較低，使得電子電導(dǎo)性差的硫活性材料利用率偏低。結(jié)合前期的研究工作，艾新平教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展出了一種碳酸酯-醚類電解液來(lái)實(shí)現(xiàn)高硫載量條件下的硫正極固相轉(zhuǎn)化反應(yīng)[3]。在這種1M LiTFSI in DOL/DME(1:1)+10%Vc電解液體系中，醚類電解液在前幾周電化學(xué)循環(huán)中使硫納米顆粒先溶解生成多硫化物中間體。多硫化物中間體與碳酸酯之間發(fā)生親核反應(yīng)在硫顆粒表面生成一層致密的SEI層。這層具有高離子電導(dǎo)率的致密的SEI層能夠緊密包裹硫顆粒使其在后面的電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中無(wú)法與電解液接觸，因此活性物質(zhì)硫沒(méi)有繼續(xù)發(fā)生溶解的可能，電化學(xué)機(jī)制遵循的是固相轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在這種固相轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)制下，S/C正極在100mA/g的電流密度下循環(huán)400周后仍然可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)1100mAh/g的放電比容量，容量保持率高達(dá)88%，且拋除前幾周的溶解過(guò)程后的平均庫(kù)倫效率接近。

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