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河南大學(xué)趙勇課題組在Angew. Chem. Int. Ed.報(bào)道鋰金屬電池新進(jìn)展

來(lái)源:河南大學(xué)      2021-01-06
導(dǎo)讀:近期,河南大學(xué)特種功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、材料學(xué)院趙勇課題組在鋰硫電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展,相關(guān)成果以“In situ Construction of Robust Biphasic Surface Layers on Li Metal for Li-S Batteries with Long Cycle Life”為題,在國(guó)際化學(xué)頂級(jí)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上發(fā)表。

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鋰硫電池因其高的理論能量密度(2600 Wh kg-1)、正極活性物質(zhì)硫低廉的價(jià)格等優(yōu)點(diǎn),受到了人們的廣泛關(guān)注,是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉创鎯?chǔ)轉(zhuǎn)換設(shè)備。在電池循環(huán)過(guò)程中,由于鋰金屬負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)、以及其與電解液組分(包括溶解的多硫化物)發(fā)生副反應(yīng)等問(wèn)題,造成電池低的庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。因此,如何有效地抑制鋰負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)以及其與電解液組分的副反應(yīng),是包括鋰硫電池在內(nèi)的鋰金屬電池領(lǐng)域面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。

圖 (a) 堅(jiān)固的雙相表面層構(gòu)造過(guò)程的示意圖;(b) 鋰硫電池中多硫化物穿梭引起的鋰金屬腐蝕的機(jī)理;(c) 堅(jiān)固的雙相表面層抑制多硫化物穿梭的機(jī)制。

在該研究工作中,趙勇課題組借助“相似相溶原理”,解決了多價(jià)金屬氟化物在有機(jī)溶劑中的溶解問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上,將金屬氟化物溶解在高極性溶劑二甲亞砜中,從而發(fā)展了“原位構(gòu)建堅(jiān)固的雙相表面層抑制鋰枝晶生長(zhǎng)和多硫化物穿梭”新策略。系統(tǒng)研究證明了雙相表面層能夠顯著提升電池循環(huán)過(guò)程中鋰金屬負(fù)極/電解質(zhì)界面的離子傳輸速率和機(jī)械穩(wěn)定性,并抑制電解質(zhì)中多硫化物的穿梭效應(yīng),從而提升鋰硫電池的庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。該研究工作不僅為解決鋰金屬負(fù)極的腐蝕和枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題提供了新的技術(shù)手段,而且能夠?yàn)槠渌鼔A金屬負(fù)極的穩(wěn)定循環(huán)提供新的思路(Angewandte Chemie International Edition 2021, DOI: 10.1002/anie.202015049)。實(shí)驗(yàn)室碩士生郭威和博士研究生韓慶為論文第一作者,趙勇教授和陳中輝博士為論文通訊作者。

本工作得到了中組部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、河南省科技廳、河南省教育廳和河南大學(xué)的大力支持。Angewandte Chemie International Edition是化學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)期刊,最新影響因子為12.959。


參考資料

[1] 河南大學(xué)新聞網(wǎng),趙勇課題組在Angew. Chem. Int. Ed.報(bào)道鋰金屬電池新進(jìn)展,http://news.henu.edu.cn/info/1083/112294.htm

[2] 論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015049

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