北理工在鋰硫電池負(fù)極保護(hù)策略領(lǐng)域取得新進(jìn)展
發(fā)布日期：2020-08-17 供稿：前沿交叉院
編輯：朱倩云 審核：唐水源 閱讀次數(shù)：近日，材料類頂級(jí)國際期刊《Advanced Materials》（《先進(jìn)材料》，影響因子27.4）報(bào)道了北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃佳琦課題組在鋰硫電池鋰負(fù)極保護(hù)方面的研究進(jìn)展,，相關(guān)研究成果以“Shielding Polysulfide Intermediates by an Organosulfur‐Containing Solid Electrolyte Interphase on the Lithium Anode in Lithium–Sulfur Batteries”為題在線發(fā)表。該工作第一作者為北京理工大學(xué)材料學(xué)院/前沿交叉科學(xué)研究院碩士研究生魏俊宇,。
硫電池是當(dāng)下最具發(fā)展?jié)摿Φ碾娀瘜W(xué)儲(chǔ)能體系之一,。然而由于高活性可溶的多硫化物與不穩(wěn)定的鋰負(fù)極，一直以來鋰硫電池受制于循環(huán)壽命短,、庫倫效率低等問題而難以實(shí)際應(yīng)用,。因此構(gòu)建一個(gè)可以抑制多硫化物與鋰金屬之間副反應(yīng)的SEI，對(duì)于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效循環(huán)的鋰硫電池十分重要,。
本工作通過引入3,，5-雙三氟甲基苯硫酚（BTB）作為電解液添加劑，設(shè)計(jì)了一種可以“屏蔽”多硫化物的含有機(jī)硫的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）,，以保護(hù)金屬鋰負(fù)極,，在實(shí)用化條件下提升了鋰硫電池的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。
根據(jù)可視化實(shí)驗(yàn)和XPS,，驗(yàn)證了BTB參與調(diào)控的含有機(jī)硫的SEI可以有效抑制多硫化物與金屬鋰的副作用,，并且其組分可以穩(wěn)定存在于SEI。
圖1. 可視化實(shí)驗(yàn)和XPS對(duì)SEI的多硫化物“屏蔽”能力驗(yàn)證
SEI進(jìn)行了進(jìn)一步評(píng)測(cè),，含有機(jī)硫的SEI相比常規(guī)SEI有效提升了電池的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命,。根據(jù)電壓隨循環(huán)的變化以及沉積形貌的對(duì)比,，說明含有機(jī)硫的SEI在鋰硫電池中可以提升鋰沉積均一性，減少鋰金屬的消耗,。
圖2. 鋰鋰對(duì)稱電池的電化學(xué)性能以及沉積形貌
圖3. 鋰硫電池的電化學(xué)性能以及沉積形貌
通過對(duì)循環(huán)后的全電池拆解分析,，進(jìn)一步探究了含有機(jī)硫的SEI的組成。發(fā)現(xiàn)含有機(jī)硫的SEI中含有來自于BTB與金屬鋰的反應(yīng)產(chǎn)物Ph–S?,。Ph–S?組分能通過靜電排斥作用“屏蔽”多硫化物,，從而有效抑制鋰金屬與多硫化物之間的副反應(yīng)，保護(hù)金屬鋰負(fù)極,。
圖4. 含有機(jī)硫的SEI的組成及其形成和作用的示意圖
本工作揭示了在實(shí)用化條件下,，鋰硫電池中SEI的有機(jī)成分在保護(hù)金屬鋰負(fù)極方面的作用。
黃佳琦,，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院教授,，博士生導(dǎo)師，九三學(xué)社社員,。主要開展能源界面化學(xué)研究,。在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Sci. Bull. 等期刊發(fā)表研究工作100余篇，h因子為72,，其中40余篇為ESI高被引論文,。入選首屆中國科協(xié)青年人才托舉計(jì)劃，獲評(píng)中國化工學(xué)會(huì)侯德榜化工科技青年獎(jiǎng),，中國顆粒學(xué)會(huì)青年顆粒學(xué)獎(jiǎng),，國家萬人計(jì)劃青年拔尖人才，2018,、2019年科睿唯安高被引科學(xué)家等,。
論文詳情：Jun‐Yu Wei, Xue‐Qiang Zhang, Li‐Peng Hou, Peng Shi, Bo‐Quan Li, Ye Xiao, Chong Yan, Hong Yuan, Jia‐Qi Huang *. Shielding Polysulfide Intermediates by an Organosulfur‐Containing Solid Electrolyte Interphase on the Lithium Anode in Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Materials, 2020, 2003012.
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202003012
分享到：