北理工團(tuán)隊(duì)在高性能鋰硫電池研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2022-06-01 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 攝影：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：隆哲源 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院王振華教授和孫克寧教授團(tuán)隊(duì)在構(gòu)建高性能鋰硫電池方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Materials (影響因子30.849)，題目為《Catalytic Mechanism of Oxygen Vacancies in Perovskite Oxides for Lithium-Sulfur Batteries》。化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生侯文爍為論文第一作者，王振華教授，孫克寧教授以及悉尼科技大學(xué)的汪國(guó)秀教授為通訊作者。
鋰硫(Li-S)電池具有較高的理論比能量(2600 Wh kg-1)，被認(rèn)為是新一代二次電池的發(fā)展方向。但目前還存在一些問題限制了鋰硫電池的技術(shù)發(fā)展，如活性物質(zhì)硫和放電產(chǎn)物硫化鋰的絕緣性；充放電過程中產(chǎn)生可溶性中間產(chǎn)物多硫化鋰(LiPSs)造成的穿梭效應(yīng)；LiPSs轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢導(dǎo)致的活性物質(zhì)利用率低，電池容量迅速下降等問題。為了解決上述問題，需要從根本上抑制LiPSs的穿梭效應(yīng)，提高LiPSs的轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。2020年，該團(tuán)隊(duì)提出原位析出法制備了鈣鈦礦與納米金屬的異質(zhì)結(jié)構(gòu)(STO@Co)，通過吸附-催化協(xié)同作用有效抑制了多硫穿梭效應(yīng)并促進(jìn)了LiPSs的轉(zhuǎn)化，相關(guān)成果發(fā)表在頂級(jí)期刊Chem. Eng. J. (2020, 409:128079)。
在國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持下，我校化學(xué)與化工學(xué)院王振華教授和孫克寧教授團(tuán)隊(duì)在前期的研究基礎(chǔ)上，基于缺陷化學(xué)理論，選擇具有吸附性能和電化學(xué)穩(wěn)定性的鈦酸鍶基鈣鈦礦氧化物作為基底材料，對(duì)鈦酸鍶基鈣鈦礦氧化物Sr0.9Ti1-xMnxO3-δ (STMnx) (x="0.1-0.3)進(jìn)行了氧空位濃度的調(diào)控，改善其吸附-催化性能，實(shí)現(xiàn)了高性能鋰硫電池。以具有較高氧空位濃度的STMn0.3作為正極載體的鋰硫電池，在2C下進(jìn)行1500次循環(huán)后仍可提供780 mAh g-1的高初始比容量和0.032%的低衰減率。這種氧空位的定量調(diào)控策略對(duì)缺陷材料的設(shè)計(jì)與調(diào)控具有啟發(fā)意義，可在鋰硫電池及相關(guān)儲(chǔ)能與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
鈣鈦礦氧化物STO3與STMnx (x="0.1-0.3)的電池性能圖
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及化學(xué)電源與綠色催化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202202222
附作者簡(jiǎn)介：
王振華，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院黨委書記，長(zhǎng)聘教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任化學(xué)電源與綠色催化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)青年理事。長(zhǎng)期從事新型電池材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與界面調(diào)控、電子/離子在界面和體相的傳遞規(guī)律、能源材料的可控制備及構(gòu)效關(guān)系等方面的研究，開發(fā)材料的規(guī)模化制備技術(shù)，研制高比能儲(chǔ)能器件及高效能量轉(zhuǎn)化裝置。發(fā)表SCI論文100余篇，曾獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)（第二完成人）和教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（第二完成人）。
孫克寧，北京理工大學(xué)特聘教授，博士生導(dǎo)師，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授、教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人，化學(xué)電源與綠色催化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。獲國(guó)務(wù)院特殊津貼，曾入選國(guó)家級(jí)人才項(xiàng)目。主要從事電化學(xué)、新能源材料領(lǐng)域的交叉研究，在能源的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得了一系列成果。牽頭獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)8項(xiàng)。在Nature Commun, Adv Mater, Adv Energy Mater.等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文340余篇，他引近6000次，主編學(xué)術(shù)著作2部，教材1部，獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)40項(xiàng)。
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