【產(chǎn)通社，12月17日訊】南京大學(xué)（Nanjing University）官網(wǎng)消息，其化學(xué)化工學(xué)院金鐘教授和劉杰教授共同帶領(lǐng)的“微納米能源材料課題組”在鋰硫電池正極材料方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果近期以《Highly Efficient Retention of Polysulfides in Sea-Urchin-like Carbon Nanotube/Nanopolyhedra Superstructures as Cathode Material for Ultralong-Life Lithium-Sulfur Batteries》為題發(fā)表在Nano Letters, 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04433）。助理研究員陳濤博士為論文第一作者，大四本科生成寶睿同學(xué)為論文第二作者。

進(jìn)入信息時(shí)代以來(lái)，傳統(tǒng)的鋰離子電池已經(jīng)不能滿足能耗日益增大的便攜電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和無(wú)人飛機(jī)等設(shè)備的需求，研發(fā)更高性能的二次電池已經(jīng)成為新能源領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)之急。鋰硫電池因?yàn)槠涓呃碚摫热萘浚▇1672mAh g-1）和能量密度（~2600Wh kg-1）而受到廣泛關(guān)注，有望成為替代鋰離子電池的新一代二次電池。然而，由于單質(zhì)硫在鋰化時(shí)的體積膨脹、多硫化鋰中間體（Li2Sx）在電解液中的擴(kuò)散、以及單質(zhì)硫和硫化鋰（Li2S）的低導(dǎo)電性，鋰硫電池通常表現(xiàn)出較快的容量衰減、較低的庫(kù)倫效率和較差的循環(huán)穩(wěn)定性。這些關(guān)鍵問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了鋰硫電池的實(shí)用化。

針對(duì)這些問(wèn)題，金鐘、劉杰課題組設(shè)計(jì)了一種雙金屬有機(jī)骨架衍生的“海膽”狀鋰硫正極材料。通過(guò)將雙金屬ZnCo-ZIFs前驅(qū)體在Ar/H2混合氣氛中于800°C煅燒獲得Co納米粒子鑲嵌的“海膽”狀氮摻雜碳納米管-碳多面體超級(jí)結(jié)構(gòu)Co-NCNT/NP，該結(jié)構(gòu)能有效緩沖單質(zhì)硫在鋰化時(shí)的體積膨脹、阻止多硫化物的穿梭效應(yīng)并提高了復(fù)合正極材料的導(dǎo)電性。

作者通過(guò)與S@NCNT/NP（不含Co）以及S@Co-NCNP（不含氮摻雜碳管）兩個(gè)樣品的對(duì)比進(jìn)一步佐證了Co-NCNT/NP有很高的導(dǎo)電性和很強(qiáng)的多硫化鋰吸附能力，其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能都有很大提升。這種電極材料在單質(zhì)硫的擔(dān)載量為80wt%的情況下，以1.0C的電流密度循環(huán)1500圈后，比容量仍能維持在570mAh g-1，平均每圈的衰減速率僅為0.026%。更為重要的是，在單質(zhì)硫的面積負(fù)載率高達(dá)3.2mg cm-2下，仍然具有穩(wěn)定的循環(huán)性能和較高的面積容量。這項(xiàng)工作設(shè)計(jì)了一種全新結(jié)構(gòu)的鋰硫正極復(fù)合材料，為實(shí)現(xiàn)發(fā)展新一代高容量鋰硫電池提供了新的思路。

該研究工作得到了青年千人計(jì)劃、973計(jì)劃、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://www.nju.edu.cn/。       （完）