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中國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)新型氧化還原介質(zhì) 改善鋰硫電池緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

時(shí)間:2022-06-26 14:58來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:Elisha

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鋰硫電池具有超高的理論能量密度，有潛力成為下一代儲(chǔ)能設(shè)備。然而，由于硫氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，這種電池的正極嚴(yán)重受限，其實(shí)際能量密度似乎遠(yuǎn)低于理論值。據(jù)外媒報(bào)道，北京理工大學(xué)和清華大學(xué)的研究人員提出一種高效的氧化還原中介策略，有望推動(dòng)鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。

（圖片來(lái)源：SpringerLink）

鋰硫電池的高理論能量密度，來(lái)自于鋰負(fù)極和硫正極之間的反應(yīng)。在放電過(guò)程中，當(dāng)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能時(shí)，硫溶解為多硫化鋰，進(jìn)一步溶解為固體硫化鋰。然而，當(dāng)這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程發(fā)生時(shí)，動(dòng)力學(xué)或化學(xué)反應(yīng)速度相當(dāng)緩慢。在惡劣的實(shí)際工作條件下，其速度會(huì)進(jìn)一步放緩。

為了解決緩慢的動(dòng)力學(xué)挑戰(zhàn)，研究人員開(kāi)發(fā)了一系列促進(jìn)劑來(lái)推動(dòng)電池的反應(yīng)。在鋰硫電池中，這類(lèi)促進(jìn)劑通常充當(dāng)硫宿主或?qū)娱g材料，旨在增強(qiáng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。然后，即使用了促進(jìn)劑，電池的性能還是會(huì)緩慢下降，因?yàn)楣腆w硫化鋰沉積物往往會(huì)積聚在電催化活性部位。通過(guò)進(jìn)一步的研究，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)方面，使用可溶性氧化還原介質(zhì)是有效的。從化學(xué)上來(lái)看，這種氧化還原介質(zhì)可以減少或氧化多硫化鋰，并進(jìn)一步在電極表面上再生。

以往研究證明，使用氧化還原介質(zhì)是一種很有效的機(jī)制，可以解決微型鈕扣電池中緩慢的動(dòng)力學(xué)。為了適應(yīng)功率更高的鋰硫軟包電池，需要開(kāi)發(fā)一種先進(jìn)的氧化還原介質(zhì)。因此，該研究團(tuán)隊(duì)利用一種名為5,7,12,14-并五苯四酮（或PT）的有機(jī)分子，開(kāi)發(fā)了一種氧化還原介質(zhì)。在高能量密度鋰硫軟包電池中，這種介質(zhì)將有助于促進(jìn)硫氧化還原動(dòng)力學(xué)。

這項(xiàng)工作為多硫化物還原提供了一種高效的氧化還原介質(zhì)，能夠增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)。同時(shí)，證實(shí)了復(fù)雜的氧化還原介質(zhì)在實(shí)際高密度鋰硫電池中的應(yīng)用潛力。北京理工大學(xué)的研究人員李博權(quán)（Bo-Quan Li）表示：“具體而言，PT氧化還原介質(zhì)提供了化學(xué)旁路，有助于將多硫化鋰還原為硫化鋰，從而降低反應(yīng)阻力，提高沉積能力。”

為了全面調(diào)控正極硫氧化還原動(dòng)力學(xué)，下一步研究人員將開(kāi)發(fā)高度先進(jìn)的氧化還原介質(zhì)。借助于這類(lèi)先進(jìn)介質(zhì)，通過(guò)電解質(zhì)設(shè)計(jì)或啟動(dòng)鋰宿主來(lái)保護(hù)鋰金屬負(fù)極，以實(shí)現(xiàn)高能量密度、長(zhǎng)周期、低成本、高安全性的鋰硫電池。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：鋰硫電池

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