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    南工大新方法讓鋰硫電池高溫下也能正常工作

       2019-09-27 1380
    導(dǎo)讀

      鋰硫電池(Li-S)具有能量密度高、成本低、綠色環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn),但也存在著諸多困難,比如硫的電子電導(dǎo)率低,反應(yīng)過程中的穿梭

      鋰硫電池(Li-S)具有能量密度高、成本低、綠色環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn),但也存在著諸多困難,比如硫的電子電導(dǎo)率低,反應(yīng)過程中的穿梭效應(yīng)引起容量損失,以及由于不耐高溫,在高溫環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致電池的容量衰減、電池?zé)o法正常工作。為了克服這些困難,南京工業(yè)大學(xué)付麗君教授和吳宇平教授課題組提出利用硫化聚丙烯腈復(fù)合材料(SPAN)作為工作電極,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期研制的凝膠聚合物電解質(zhì),協(xié)同提升鋰硫電池的電化學(xué)性能,尤其是高溫下的電化學(xué)性能,并對(duì)其循環(huán)過程中的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討。日前,該成果發(fā)表在Cell期刊旗下的iscience上。

      據(jù)悉,硫化聚丙烯腈復(fù)合物(SPAN)是硫粉和聚丙烯腈混合均勻后煅燒得到的,這種材料有利于提高鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性。“硫化聚丙烯腈復(fù)合物電極與商業(yè)化隔膜(pp膜)組裝的扣式電池,雖然在常溫條件下具有*的電化學(xué)性能,然而隨著溫度的升高,電極穩(wěn)定性明顯降低,無法在高溫環(huán)境中正常使用。” 付麗君教授介紹,pp膜,也即聚丙烯膜,是一種廣泛商業(yè)化運(yùn)用的隔膜,主要作用是阻隔電子通過,讓離子通過。但是其長(zhǎng)循環(huán)過程中,會(huì)有內(nèi)部短路的情況,造成危險(xiǎn);另外在鋰硫電池中也無法阻隔多硫化鋰的通過,導(dǎo)致容量損失和循環(huán)性能、安全性能不佳。“我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn),使用我們實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期研制的一種凝膠聚合物膜來替換pp膜,能夠提升材料的高溫性能,電極的電化學(xué)性能在常溫、50℃和60℃條件下都優(yōu)于商業(yè)化PP膜。這拓寬了電子器件的使用范圍。另外凝膠聚合物膜具有更好的安全性能。”付教授表示。

      “我們實(shí)驗(yàn)室做的凝膠聚合物隔膜成本低廉,工藝簡(jiǎn)單,易于大規(guī)模合成,非常適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。”論文第一作者、南京工業(yè)大學(xué)碩士研究生劉宇說,“另外,凝膠聚合物隔膜在浸潤(rùn)電解液之后形成凝膠聚合物電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)體系,不僅能具有pp膜的作用,還能夠阻擋多硫化鋰通過電解質(zhì)到達(dá)負(fù)極,保護(hù)負(fù)極。從而提升電池的安全性和穩(wěn)定性。”

      而之所以新方法能耐高溫,劉宇解釋說,商用化的pp膜的內(nèi)部有少量液體(電解液),在高溫環(huán)境下不利于電解液的穩(wěn)定,“而我們的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)能很好的避免這個(gè)問題,在高溫條件下比較穩(wěn)定——因?yàn)槟z膜吸收電解液凝膠化,就像果凍一樣,這樣就不會(huì)存在液體了。另外,溫度越高,離子傳輸速度加快,多硫化物通過隔膜越容易。我們的隔膜幾乎不受溫度影響,這種凝膠化結(jié)構(gòu)也能夠很好地避免多硫化鋰的通過,保護(hù)了負(fù)極。”

     
    (文/小編)
     
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