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鋰電池研究領(lǐng)域取得多項(xiàng)進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-03-31
近期，遼寧科技大學(xué)“遼寧省能源材料與電化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”在低溫鋰硫電池、固態(tài)鋰金屬電池和鋰離子電池硅負(fù)極應(yīng)力管理等研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。
鋰硫電池具有高能量密度和低成本優(yōu)勢(shì)，但低溫下鋰離子脫溶勢(shì)壘高，局部電荷轉(zhuǎn)移阻抗大、電池內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)極化以及多硫化物溶解度降低，使其難以實(shí)現(xiàn)完全充放電。此外，低溫下多硫化物穿梭效應(yīng)導(dǎo)致鋰硫電池容量衰減更加嚴(yán)重。針對(duì)這些問(wèn)題，安百鋼教授團(tuán)隊(duì)和中科院過(guò)程工程研究所王寶研究員合作，利用原子級(jí)混合的中熵合金FeCoNi高催化活性和良好吸附性能，協(xié)同催化多硫化物轉(zhuǎn)化并加快電化學(xué)反應(yīng)。進(jìn)一步引入MnO納米粒子，錨定和提高FeCoNi納米粒子及其周?chē)嗔蚧餄舛?，?shí)現(xiàn)多硫化物強(qiáng)吸附，促進(jìn)多硫化物催化轉(zhuǎn)化。
中熵合金催化劑復(fù)合的正極材料Li
2S
6/FCN-MO@CNFs展現(xiàn)了優(yōu)良的低溫特性，-40°C和0.1 C倍率下，初始放電容量可達(dá)1167.5 mAh g
-1，在0.2 C下進(jìn)行100次循環(huán)后，容量保持率70.1%。相關(guān)成果“Synergistic enhancement of Li-S battery low-temperature cycling performance by nano-sized uniformly compounded FeCoNi and MnO nanoparticles”在線(xiàn)發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》。DOI：10.1016/j.cej.2023.141445。論文第一作者為化工學(xué)院 2020級(jí)碩士研究生龐曉婉。
金屬鋰負(fù)極具有極高的理論比容量 (3860 mAh g
-1)和超低的電化學(xué)勢(shì) (?3.04 V vs SHE)備受關(guān)注，然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于其界面不穩(wěn)定性等原因仍面臨巨大挑戰(zhàn)。安百鋼教授團(tuán)隊(duì)與學(xué)校特聘教授，南京理工大學(xué)孫呈郭教授合作，利用原位熱分解2,2-偶氮二異丁腈 (AIBN)添加劑，在聚合物固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極之間構(gòu)建了一種穩(wěn)定高效的氮化鋰 (Li
3N)中間層，有效解決了電解質(zhì)與電極之間界面處離子電導(dǎo)率低、接觸差、不穩(wěn)定等問(wèn)題。相關(guān)成果“Thermal Decomposition Assisted Construction of Nano-Li3N Sites Interface Layer Enabling Homogeneous Li Deposition”在線(xiàn)發(fā)表于《ChemSusChem》。DOI：10.1002/cssc.202202220。論文第一作者為化工學(xué)院2021級(jí)博士研究生李洪洋。
硅因其高理論容量被認(rèn)為是一種很有前途的鋰離子電池負(fù)極材料，然而硅在鋰化和脫鋰過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致硅負(fù)極嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷和不穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)界面，嚴(yán)重阻礙了硅負(fù)極實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)上述問(wèn)題，安百鋼教授團(tuán)隊(duì)和中科院金屬研究所李峰研究員合作，設(shè)計(jì)了一種具有多級(jí)石榴狀結(jié)構(gòu)的硅負(fù)極（HPS-Si），其由共價(jià)鍵聯(lián)接的亞納米級(jí) SiO
2-x、SiC和C多相層修飾納米硅球自組裝的亞微米級(jí)硅構(gòu)成。這種多級(jí)石榴結(jié)構(gòu)硅負(fù)極HPS-Si能有效調(diào)節(jié)硅充放電過(guò)程的應(yīng)力變化以增強(qiáng)了負(fù)極電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)成果“Hierarchical pomegranate-structure design enables stress management for volume release of Si anode”在線(xiàn)發(fā)表于《Journal of Materials Science & Technology》。DOI: 10.1016/j.jmst.2023.02.014。論文第一作者為化工學(xué)院2019級(jí)博士研究生狄方。
（供稿：化工學(xué)院）