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行业资讯
韩国科学家研究发现二氧化硅可用于锂硫电池
添加日期:2020-06-17    阅读:2802次

在过去的几十年里,移动技术、可穿戴电子产品和各种便携式设备的使用量急剧增加,促使全世界的科学家们寻求可充电电池的下一个突破。锂硫电池(LSBs)是由浸没在液态电解液中的硫基正极和锂阳极组成的,因其成本低、无毒且富含硫的特性,有望取代无处不在的锂离子电池。

然而,鉴于如下两个原因,在电池中使用硫是存在一定挑战的的。首先,在 "放电 "循环过程中,可溶性锂多硫化物(LiPS)在正极形成,扩散到电解液中,很容易到达阳极,在那里它们会逐渐降低电池的容量。其次,硫是不导电的。因此,需要一种导电、多孔的主体材料来容纳硫,同时在阴极捕获LiPS。近来,由于碳基主体结构具有导电性,因此人们对碳基主体结构进行了探索。然而,碳基主体不能捕集LiPS

在最近发表在《Advanced Energy Materials》杂志上的一项研究中,来自大邱庆北科学技术研究所的科学家们提出了一种名为 "板状有序介孔二氧化硅(pOMS) "的新型主体结构。他们选择的不寻常之处在于,二氧化硅这种低成本的金属氧化物实际上是不导电的。然而,二氧化硅具有很强的极性,会吸引其他极性分子,如LiPS等。

在向pOMS结构施加导电碳基剂后,结构孔隙中的初始固体硫会溶解到电解液中,然后从那里扩散到导电碳基剂中,被还原生成LiPS。在这种方式下,尽管二氧化硅不导电,但硫有效地参与了必要的电化学反应。同时,pOMS的极性保证了LiPS保持在靠近阴极而远离阳极的位置。

科学家们还构建了一个类似的非极性、高导电性的传统多孔碳母体结构,与pOMS结构进行对比实验。领导这项研究的Jong-Sung Yu教授表示:"采用碳母体的电池表现出很高的初始容量,但由于非极性碳和LiPS之间的微弱相互作用,容量很快就会下降。在连续循环过程中,二氧化硅结构显然保留了更多的硫;这导致了高达2000次循环的容量保持和稳定性大大提高。"

从这项研究中得到的最重要的启示是,LSB的主体结构不需要像以前认为的那样具有导电性。Yu教授说:"我们的研究结果令人惊讶,因为没有人想到非导电的二氧化硅可以成为一种高效的硫主体,甚至超过了最先进的碳主体。" 这项研究拓宽了LSB的主体材料的选择范围,并可能导致下一代硫电池的范式转变。

论文标题为《Revisiting the Role of Conductivity and Polarity of Host Materials for LongLife LithiumSulfur Battery》。

来源:科技报告与资讯

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