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中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所王瑞虎研究員課題組近日在鋰硫電池隔膜材料研究上取得新進(jìn)展。
課題組利用金屬納米粒的催化效應(yīng)，以離子聚合物包覆氧化石墨烯為前驅(qū)體，通過離子交換和高溫焙燒技術(shù)制備得到了鈷、氮均勻摻雜的多孔碳納米片復(fù)合材料。該復(fù)合材料修飾的隔膜不僅可以通過物理/化學(xué)作用有效阻擋多硫化物穿梭通過隔膜，而且可以起到電催化劑作用，進(jìn)一步促進(jìn)被攔截的多硫化物進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。使用催化效應(yīng)助力的修飾隔膜電極的電化學(xué)性能優(yōu)于目前報(bào)道的大多數(shù)碳基正極材料，實(shí)現(xiàn)了鋰硫電池硫負(fù)載量、體積容量和面容量的同步提升，這對(duì)高能量密度鋰硫電池的設(shè)計(jì)構(gòu)筑具有重要意義。
鋰硫電池由于高的理論比容量和能量密度，以及硫的低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)被視為最有應(yīng)用前景的高容量存儲(chǔ)體系之一。然而，該電池的商業(yè)化應(yīng)用仍存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如固體硫化物的絕緣性，可溶性長(zhǎng)鏈多硫化物的穿梭效應(yīng)以及充放電期間硫的體積變化大等。這些問題通常導(dǎo)致硫的利用率低，循環(huán)壽命差，甚至一系列安全問題。如何大幅提高鋰硫電池的實(shí)際能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。