羟基化多壁碳纳米管掺杂抑制锂硫电池的穿梭效应

为了抑制锂硫电池的“穿梭效应”,改善锂硫电池的电化学性能。正极片掺杂羟基化多壁碳纳米管（MWCNTs—OH）,利用亲水性羟基官能团对多硫化物的吸附作用,阻止多硫化物的扩散,增加有效物质的利用率,抑制穿梭效应的产生,提高锂硫电池的容量和循环性能。利用TEM、SEM和EDS等进行结构和性能表征。电化学测试结果表明,掺杂MWCNTs—OH的锂硫电池,放电容量明显提高。在0.1 C倍率,首次放电比容量达到1 281 mAh/g,首次库伦效率接近96.7%,循环10次后比容量还保持在882 mAh/g。在0.2 C、0.5 C和1 C倍率下充放电时,电池首次放电比容量分别达到794.2 mAh/g、712.2 mAh/g和557.3 mAh/g,显示出极佳的倍率性。      

金属氧化物/炭复合材料抑制锂硫电池穿梭效应的研究进展（英文）

锂硫电池因理论能量密度高、生产成本低和环境友好等优点被认为是最有前途的下一代电化学储能装置之一。然而,硫和硫化锂的低导电性、严重的穿梭效应和缓慢的反应动力学等问题阻碍了锂硫电池的大规模商业化应用。炭材料因高比表面积,良好导电性与结构多样性而备受关注,然而非极性炭材料难以与极性多硫化物紧密结合,导致活性材料大量损失和严重的穿梭效应。金属氧化物具有极性强和丰富吸附位点的优点,将过渡金属氧化物与炭材料结合,有助于增强对多硫化物的化学吸附和电化学反应活性。本文首先介绍了锂硫电池的基本原理和存在的主要问题,然后讨论了近年来过渡金属氧化物/炭复合材料在合成方法和结构设计（1D,2D,3D）方面的研究进展。此外,详细介绍了异质结构设计、空位工程和晶面调控策略的代表性工作并讨论了其机理。最后,对过渡金属氧化物/炭复合材料用于锂硫电池中的发展进行了总结和展望。     

锂硫电池隔膜改性研究进展

锂硫电池因高比容量和高能量密度引起了研究者们的广泛关注,成为新型锂电池研究热点之一。隔膜作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池各方面性能的关键。现阶段锂硫电池隔膜改性工作主要集中于高性能涂层材料的设计与合成以及新型隔膜材料的开发。本文综述了锂硫电池隔膜改性的研究现状,分别从碳涂层隔膜、元素掺杂碳涂层隔膜、金属氧化物/碳复合涂层隔膜、新型薄膜材料和多层隔膜等五个方面进行介绍,指出了从隔膜入手提高导电性、抑制穿梭效应、减轻锂电极腐蚀,从而提高电池电化学性能的重要性。     

石墨烯及其复合材料在锂硫电池中抑制穿梭效应的应用进展

硫锂电池具有比能高达1675 mAh g?1、价格低廉、环保等优点,是一种具有良好应用前景的二次电池.但由于放电过程中多硫化物溶解产生的穿梭效应、硫的绝缘和硫电极的体积膨胀等原因导致锂硫电池的循环稳定性还不能满足工业化要求.石墨烯具有优异的导电性、超大的比表面积、良好的机械柔韧性和热化学稳定性,因此石墨烯及其衍生物成为...     

碳纳米管承载MoSe2纳米片作为锂硫电池的夹层材料

多硫化物的穿梭效应是锂硫(Li-S)电池最致命的固有问题.本文通过在商业聚丙烯隔膜上涂覆碳纳米管支撑的MoSe2纳米片,成功构建了对多硫化物具有强吸附作用的功能化夹层,有效抑制了多硫化物穿梭效应的发生.将该功能化隔膜用于锂硫电池,可获得良好的储能性质.在电流密度为0.1 C时,电池的初始比容量高达1485 mAh g?...     

高性能锂硫电池碳基硫宿主的研究进展

“双碳”战略要求新型储能器件具备更高的能量密度和更低的成本。锂硫电池因其低成本、环保和高比能(2600 Wh kg^-1)等优势,而成为储能领域中最具潜能的电池体系,已受到了广泛的关注及研究。近年来,锂硫电池已取得了系列进展,但仍面临一些问题与挑战,包括硫固有的电荷传输效率差、可溶性多硫化物的“穿梭效应”、充放电过程中的剧烈体积膨胀及锂枝晶的生长等,这些问题会导致锂硫电池性能下降甚至失效。碳基硫宿主具有多孔、高电导、轻质、大比表面积等优点,能够有效解决以上难题,已成为锂硫电池研究领域中的重要方向。而碳材料种类繁多,有碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米片、碳纳米花等,不同形貌或具备不同纳米尺度维度的碳纳米结构对锂硫电池的性能具有不同的影响规律。基于此,本文围绕高性能锂硫电池碳基硫宿主进行综述,分类综述了一维、二维、及多维复合碳材料在锂硫电池领域的应用及其性能,阐述不同维度碳基硫宿主对其电化学性能的影响规律,并对未来的研究方向进行了一定的展望。     

锂硫电池隔膜的应用研究进展

锂硫电池存在正极活性材料导电性差、穿梭效应、锂枝晶生长等一系列问题,限制了其商业化发展.本文阐明了锂硫电池的工作原理和性能缺陷,介绍了隔膜改性的研究现状,从功能改性材料和静电纺丝生产工艺两方面总结了隔膜改性的主要思路和作用机理.     

锂硫电池正极材料的第一性原理计算研究进展

锂硫电池因为比当前锂离子电池更高的能量密度和更低的成本,因此有望成为下一代储能设备,但是锂硫电池由于“穿梭效应”而影响快速发展。随着理论计算的发展,综述了近几年锂硫电池正极材料的第一性原理计算,将正极材料分为三类：碳骨架材料、金属化合物材料、其他种类材料。通过第一性原理计算正极材料对多硫化锂的吸附,从微观角度认识吸附机制,并展望理论计算在锂硫电池中的发展前景,为锂硫电池正极材料的选取提供方向。     

锂硫电池柔性正极材料研究进展

随着化石能源的日渐枯竭、能源危机和环境问题的日益突出,开发环境友好的二次电池能源体系迫在眉睫。锂硫电池作为一种新型的储能电池,其理论比容量高达1 675 mAh/g,质量密度可达2 600 Wh/kg,且原材料来源广、成本低等优点,使得其有望代替锂离子电池成为下一代理想的能源电池。近年来,可穿戴电子设备、智能纺织品的出现,对储能电池提出了更高的要求—柔性,因此开发柔性锂硫电池已经成为研究热点。作为锂硫电池的重要组成部分,柔性正极材料的研究和制备对柔性锂硫电池系统的开发至关重要。从锂硫电池柔性正极基体材料入手,对碳材料、导电聚合物材料和新兴的MOF材料等3个方面进行了分类总结,详细阐述了各自制备方法及对柔性正极性能影响。碳材料高的导电性和多孔结构设计、导电聚合物和MOF材料对多硫化物优异的化学吸附作用,均有助于抑制多硫化物的"穿梭效应",提升柔性锂硫电池的长循环电化学稳定性能。最后分析了现有锂硫电池柔性正极材料存在的缺陷与问题,对未来发展方向做出了展望。这将为开发新型的锂硫电池用柔性正极材料提供指导,同时为其它二次电池柔性正极材料开发过程中的共性问题提供实验和理论依据。     

高能球磨法制备PTFE/科琴黑-C柔性复合材料及其电化学应用

对荷叶进行多阶温度炭化得到前驱炭材料,将材料与科琴黑（KB）、聚四氟乙烯（PTFE）按照2:2:3的质量比球磨混合后真空抽滤制备一种锂硫电池中间层柔性材料,PTFE/KB-C复合材料的多孔结构能为高阶硫化物Li₂S_n（4≤n≤8）的进一步还原提供较多的三相反应位点,并利用PTFE/KB-C复合材料良好的多层多孔化学吸附作用来抑制可溶性多硫化物的穿梭。该中间层在以纯硫材料为正极的锂硫电池电性能测试表征中,1.0 C（电流密度1 675 mA·g-1）倍率下首次放电比容量达1 350 mAh·g-1,没有硝酸锂添加剂条件下经过100次充放电循环后比容量依旧保持在960 mAh·g-1,库伦效率基本在95%以上,保持了良好的循环稳定性。      

切割方向对桦木衍生的取向微通道生物质炭锂硫电池隔膜性能的影响

生物源材料由于来源丰富、可循环使用、无污染, 并且能够实现多功能化而引起了广泛关注。本研究利用大自然中广泛分布的桦木树干为原料, 通过不同取向切割、去木质素和碳化等过程得到具有相应取向的微孔道结构的生物质炭, 并用作锂硫电池的隔层。生物质炭的比表面积为267.7 m ²/g, 有大量的微孔及介孔。测试结果表明: 沿与电极平面呈45°方向切割所得的生物质炭的电化学性能最好。在0.2C(1C=1650 mA/g)下该生物质炭隔层制备的锂硫电池初始比容量为979.4 mAh/g, 200次循环后保留有625.4 mAh/g, 每圈容量损失率仅为0.18%。该生物质炭隔层可以有效地吸附和阻挡多硫化锂, 减小充放电过程中产生的穿梭效应, 并且桦木的微通道结构和类蒸腾特性可以有效地提高电池的比容量、循环稳定性, 有利于锂硫电池的商业化应用。     

椰壳活性炭孔结构对Li-S电池性能的影响

以椰壳为原料,采用化学活化法制备不同比表面积和孔结构的活性炭,通过改变制备工艺参数来调节活性炭的比表面积和孔结构。将活性炭负载60%(质量分数)硫后,作为锂硫电池的正极材料,研究活性炭孔结构对锂硫电池性能的影响。结果表明:随着活性炭比表面积的增加,中孔比例增加,锂硫电池比容量逐步提高。其中,当活化剂与炭化料的质量比为4时,活性炭的比表面积达到2900m2/g,中孔率达到15.36%。在电流密度为200mA/g时,首次放电比容量高达1294.5mAh/g,循环100次后的可逆比容量仍然高达809.3mAh/g。     

Ni Single Atoms on MoS2 Nanosheets Enabling Enhanced Kinetics of Li-S Batteries

The practical application of Li-S batteries is seriously hindered due to its shuttle effect and sluggish redox reaction, which requires a better functional separator to solve the problems. Herein, polypropylene separators modified by MoS₂ nanosheets with atomically dispersed nickel (Ni-MoS₂) are prepared to prevent the shuttle effect and facilitate the redox kinetics for Li-S batteries. Compared with pristine MoS₂ nanosheets, Ni-MoS₂ nanosheets exhibit both excellent adsorption and catalysis performance for overcoming the shuttle effect. Assembled with this novel separator, the Li-S batteries exhibit an admirable cycling stability at 2 C over 400 cycles with 0.01% per cycle decaying. In addition, even with a high sulfur loading of 7.5 mg cm⁻², the battery still provides an initial capacity of 6.9 mAh cm⁻² and remains 5.9 mAh cm⁻² after 50 cycles because of the fast convention of polysulfides catalyzed by Ni-MoS₂ nanosheets, which is further confirmed by the density functional theory (DFT) calculations. Therefore, the proposed strategy is expected to offer a new thought for single atom catalyst applying in Li-S batteries.     

基于高活性碳纳米管海绵体载硫的锂硫电池

用CVD法制备的碳纳米管(CNTs)之间的相互吸引,将其堆叠成具有网状结构、多孔及高活性等优点的CNT海绵体(CNTS).于是,硫蒸气可在CNTs管束上形核沉积并与其紧密接触,使正极电子的高速传输从而提高电池的倍率性能;用XRD、SEM、拉曼光谱等手段测试CNTS载硫前后的极片,考察了硫在CNTs表面的分布和载硫对其结...     

硼基材料在锂硫电池中的研究进展

锂硫电池因其高能量密度和低成本等优势成为新一代电化学储能技术的重要发展方向.然而,其较低的转换反应动力学和可逆性导致电池的实际容量、库仑效率和循环稳定性等仍难以满足实用化发展需求.对此,合理设计和开发具有导电、吸附、催化特性的功能材料是稳定和促进硫电化学反应的关键途径.得益于硼独特的原子和电子结构,硼基材料具有丰富且可...     

多壁碳纳米管纸作正极集流体的锂硫电池性能

为了改善锂硫电池的循环性能,以纸纤维为基体,多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电剂,采用真空抽滤法制得MWCNTs导电纸,并将MWCNTs导电纸作为正极集流体代替铝箔应用于锂硫电池。对MWCNTs导电纸进行了形貌结构表征和电化学性能测试,并对循环后的MWCNTs导电纸电极进行EDS检测。结果显示,MWCNTs均匀地附着在纸纤维基体上,多空隙的MWCNTs导电纸三维结构明显。采用MWCNTs导电纸作集流体的锂硫电池在0.05C和1C倍率充放电下循环30次,比容量分别保持615mAh/g、496mAh/g,库伦效率达97.5%以上,且电荷转移电阻在循环后降低。EDS元素分析结果证实MWCNTs导电纸对多硫化锂有吸附作用,从而一定程度抑制了锂硫电池的穿梭效应。因此,以MWCNTs导电纸作为集流体能有效增加活性物质硫的负载量和接触面积,使锂硫电池具有良好的循环稳定性和库伦效率性能。     

Controllable Interlayer Spacing of Sulfur‐Doped Graphitic Carbon Nanosheets for Fast Sodium‐Ion Batteries

The electrochemical behaviors of current graphitic carbons are seriously restricted by its low surface area and insufficient interlayer spacing for sodium‐ion batteries. Here, sulfur‐doped graphitic carbon nanosheets are reported by utilizing sodium dodecyl sulfate as sulfur resource and graphitization additive, showing a controllable interlayer spacing range from 0.38 to 0.41 nm and a high specific surface area up to 898.8 m² g^?1. The obtained carbon exhibits an extraordinary electrochemical activity for sodium‐ion storage with a large reversible capacity of 321.8 mAh g^?1 at 100 mA g^?1, which can be mainly attributed to the expanded interlayer spacing of the carbon materials resulted from the S‐doping. Impressively, superior rate capability of 161.8 mAh g^?1 is reserved at a high current density of 5 A g^?1 within 5000 cycles, which should be ascribed to the fast surface‐induced capacitive behavior derived from its high surface area. Furthermore, the storage processes are also quantitatively evaluated, confirming a mixed storage mechanism of diffusion‐controlled intercalation behavior and surface‐induced capacitive behavior. This study provides a novel route for rationally designing various carbon‐based anodes with enhanced rate capability.