工學院侯仰龍課題組在鋰硫電池研究領域取得新進展

時間👰🏽‍♀️：2016-04-14 14:12  作者💋：  來源：工學院

　　近日，意昂体育3平台工學院侯仰龍研究團隊設計了兩種鋰硫電池的正極材料🖐🏽，其一為多孔碳球包裹的Si/SiO₂復合材料，另一種為三維垂直排列的多孔碳層材料。這兩種材料均表現出了高充放電容量、良好的倍率性能與優良的循環穩定性🥋，為鋰硫電池正極材料的設計提供了有效方法，第一篇成果發表在《先進材料》（IF=17.493）上，並被選為卷首插畫（Frontispiece）（Y. Hou et al. Adv. Mater. 2016）🧑🏽‍🚒；第二篇成果發表在《先進能源材料》（IF=16.146）上（Y. Hou et al. Adv.Energy Mater.2016）👨🏼‍💼。

　　在目前的儲能技術領域👶🏿，鋰硫電池的理論能量密度為鋰離子電池理論能量密度的五倍以上，約為2600Wh/kg，其理論容量可高達1672mAh/g，具有環境友好與低成本的優勢♉️，表現出了較高的應用潛力，受到了廣泛關註。

　　雖然鋰硫電池具有很高的應用價值🧖🏽‍♂️，但由於硫的導電性差、充放電過程中體積變化大，尤其是形成的多硫化鋰中間產物，其在正負極之間的穿梭作用，會顯著降低鋰硫電池的容量與循環穩定性，成為鋰硫電池發展中亟待解決的重要問題。侯仰龍研究團隊設計的多孔碳球包裹的Si/SiO₂復合材料，使Si和SiO₂在碳化處理過程後⚱️，均勻分布在多孔碳球中，同時形成的微孔和中孔結構，不僅提供了儲硫的空間🤵🏿‍♂️，還可通過物理吸附的方式，吸附生成的多硫化物👃，並在物理吸附作用的基礎上👧🏼，分布於多孔碳球中正電性的Si/SiO₂😟，與負電性的多硫化物陰離子之間存在強烈的靜電相互作用，可更加有效吸附多硫化物👨🏽‍⚕️，提升鋰硫電池的循環穩定性。該多孔碳球包裹的Si/SiO₂復合材料作為鋰硫電池中的硫的載體🦉✝️，表現出高倍率性能與優良的循環穩定性😾，在2C的電流下📪，放電容量達到614mAh/g，循環500次後，容量維持在610mAh/g，每次僅衰減0.063%。

　　侯仰龍研究團隊所設計的另一種三維垂直排列的多孔碳層材料，具有豐富的空隙結構🐅，比表面積達1750m²/g，這種結構不僅可使硫均勻地分布於基底材料中👒，並與電解質充分接觸🚴🏼，還可以有效抑製多硫化物的穿梭效應，保證鋰硫電池的循環性能。該三維多孔碳層材料在837mA/g的電流下，循環300次後，容量維持在844mAh/g，容量保留達到80.3%。與此同時，該電極材料具有出色的倍率性能👞，在3340mA/g的電流下🚷，容量可達738mAh/g🙋‍♀️。

　　兩篇文章第一作者均為工學院材料系2013級博士研究生Sarish Rehman，合作者包括研究員郭少軍𓀓🫥。研究得到國家自然科學基金委傑出青年基金⛹🏼‍♂️、面上基金等項目的支持。