钜大LARGE | 点击量：441次 | 2023年07月04日
大连理工大学团队高性能锂离子电池储能取得新进展
锂硫电池由于具有理论容量高(1675mAhg-1)、能量密度大(2600Whkg-1)、硫资源丰富等特点，被广泛地认为是未来大规模储能领域应用发展的方向。其正极材料的孔结构设计有关提高电解液渗透速率和载量硫、抑制多硫化物（LiPS）穿梭效应、实现具有高能量密度的Li-S电池的实际应用至关重要。
近日，大连理工大学膜科学与技术团队贺高红教授、李祥村副教授提出相转化法可放大制备具有柔性的三层结构多孔C/SiO2膜。作为一种多功能且无金属集流体的正极，C/SiO2膜的分级大孔可以作为理想的硫载体，以减轻硫的体积膨胀效应。此外，互连的导电网络可以加快电子传输，提高反应动力学。嵌入的极性纳米SiO2颗粒对LiPS具有很强的化学吸附能力，有效地消除了穿梭效应。C/SiO2膜正极中的硫含量可达2.8mgcm-2，面容量达1.6mAhcm-2（ACSNano,2019,135,5900），拓展制备不同功能颗粒改性的复合膜材料，提高LiPS的化学吸附能力，抑制穿梭效应，提高电池循环稳定性（Chem.Eng.J.,2019.122858）。
图1.(a)相转化法制备具有有序多孔结构的一体化膜电极材料，(b,c)膜电极材料具有高载硫性能（>3mgcm-2）,(d,e)载硫膜电极可以直接用作锂硫电池正极，和传统方法相比，节省了Al箔、导电碳粉末、粘结剂，从而有效提高了电池的能量密度，(f)电极膜孔的有序通道极大提高了离子在膜电极内的传递速率。
进一步在相转化过程中加入Fe3+，加速溶剂\非溶剂相分离，诱导膜孔的有序化排列，提高离子在电极膜内的传递速率（Chem.Eng.J.,2019,368,310），提高锂硫电池的倍率性能和循环稳定性，研究结果以封面形式发表（J.Mater.Chem.A，2019，7,20614）。
图2.膜孔有序化排列，提高离子在电极膜内的传递速率，提高锂硫电池的倍率性能和循环稳定性（两个纽扣电池串联，点亮>40LED灯，>2h）
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
为提高膜电极内电池内动力学反应速率，在多孔空心碳球的限域反应器中合成Pt@Ni核壳材料，双金属不仅通过降低反应能垒，加速电子转移从而促进硫化锂分解转化，还增强了对多硫化物的亲和吸附用途，实现了具有高容量和循环稳定性的锂硫电池。同时该研究还深入探究了双金属在锂硫电池中的协同机理，并供应了相关的证明，为今后电催化在锂硫电池中的应用发展供应了借鉴，内容以内封面的形式发表（Small2019,15,1902431）。以上研究被邀请撰写有关电极材料制备及储能领域的综述性论文（Small2019,15,1804737）。
图3.铂镍合金催化剂吸附性能及催化机理分析。(a)铂镍合金催化剂与多硫化物相互用途的DFT分子模拟；(b)基于DFT计算的催化剂与多硫化物间吸附能；(c)铂镍合金催化硫化锂分解的机理示意图；(d)基于分子前线轨道理论计算纯金属铂、镍及铂镍合金与反应物的HOMO-LUMO反应能垒差；(e)硫化锂在铂镍合金催化剂上的分解能垒。
