北理工在鋰硫電池負極保護策略領(lǐng)域取得新進展
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，材料類頂級國際期刊《Advanced Materials》（《先進材料》，影響因子27.4）報道了北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃佳琦課題組在鋰硫電池鋰負極保護方面的研究進展,，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際應(yīng)用,。因此構(gòu)建一個可以抑制多硫化物與鋰金屬之間副反應(yīng)的SEI，對于實現(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)計了一種可以“屏蔽”多硫化物的含有機硫的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）,，以保護金屬鋰負極,，在實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)可視化實驗和XPS,，驗證了BTB參與調(diào)控的含有機硫的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. 可視化實驗和XPS對SEI的多硫化物“屏蔽”能力驗證
SEI進行了進一步評測,，含有機硫的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比，說明含有機硫的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
通過對循環(huán)后的全電池拆解分析，進一步探究了含有機硫的SEI的組成,。發(fā)現(xiàn)含有機硫的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),，保護金屬鋰負極,。
圖4. 含有機硫的SEI的組成及其形成和作用的示意圖
本工作揭示了在實用化條件下，鋰硫電池中SEI的有機成分在保護金屬鋰負極方面的作用,。
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)青年人才托舉計劃，獲評中國化工學(xué)會侯德榜化工科技青年獎,，中國顆粒學(xué)會青年顆粒學(xué)獎,，國家萬人計劃青年拔尖人才，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
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