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李桂村教授團隊在鋰-硫電池正極材料研究領域取得新進展
作者:材料學院  來源:材料學院  編輯:臧傳永   點擊:[] 日期:2020年05月07日

鋰-硫電池作為下一代儲能系統之一,具有高能量密度和低廉價格等優勢。然而,多硫化鋰的溶解所引起的穿梭效應和充電放電過程中緩慢的氧化還原反應動力學過程顯著降低了鋰-硫電池的循環壽命和硫的利用率,進而限制了其在商業中的規模應用。進行有效的構建促進多硫化物轉化的功能電極材料是目前鋰-硫電池儲能系統的研究熱點。我校材料學院李桂村教授、張忠華副教授等團隊成員在鋰-硫電池正極材料研究領域取得新進展,該成果以青島科技大學為唯一通訊單位,以In situ engineered ZnS-FeS heterostructures in N-doped carbon nanocages accelerating polysulfide redox kinetics for lithium sulfur batteries為題,發表在著名國際期刊《Journal of Materials Chemistry A》(2020, 8, 433-442,IF=10.733)上,第一作者為材料學院研究生李文達。

論文提出了設計納米空心結構結合構建具有大的能帶差異的異質結構來協同提升鋰-硫電池的電化學性質。研究表明,原位形成的ZnS-FeS異質結構不僅可以固定可溶性多硫化物,也可以促進其快速轉化,進而在抑制多硫化物穿梭效應的同時促進了其氧化還原動力學過程。理論計算和動力學分析進一步揭示了ZnS-FeS 異質結構擁有優異的電子/離子傳導能力並能“化學錨定”多硫化物,顯著提升了硫的利用率。非原位阻抗等測試詳細揭示了異質結構顯著提升了界面處多硫化鋰的液-固-液轉化動力學。在 0.2C的電流密度下和 3.34mg cm−2的高硫負載下,S@ZnS-FeS/NC複合電極在循環200次後仍展現出3.57mAh cm−2的高放電面容量。本工作所提出的策略對於鋰硫電池的應用有一定的啓發作用,為鋰-硫電池的正極材料設計提供了方案。

本課題研究得到了國家自然科學基金和山東省自然科學基金等項目的資助。

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