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用鋰硫電池點燃LED燈 大連化物所供圖
本報訊（記者卜葉）鋰硫電池是以硫元素為(wei) 電池正極，鋰為(wei) 負極的一種鋰電池，具有價(jia) 格低廉、環境友好、理論能量密度高等特點，被視為(wei) 高比能電池中最具潛力的鋰離子電池技術之一。作為(wei) 鋰硫電池的關(guan) 鍵組成部分，電極材料的設計和製備對電池整體(ti) 性能提升意義(yi) 重大。
近日，中科院大連化學物理研究所研究員吳忠帥團隊，設計並製備出一種氮化铌—氧化铌異質結構納米片，可同時作為(wei) 鋰硫電池的正極與(yu) 負極載體(ti) ，有效地抑製了多硫化物的穿梭效應和金屬鋰負極枝晶的生長。應用該異質結構的鋰硫電池在貧電解液、低負正極容量比、高硫載量條件下，展示出優(you) 異電化學性能。相關(guan) 研究成果發表在《先進功能材料》上。
目前，鋰硫電池的實際應用仍受到硫正極的多硫化物穿梭、氧化還原反應動力學慢、負極鋰枝晶生長等問題的限製。此外，鋰硫電池中正極硫載量低和電解液用量大，以及負極金屬鋰過量的問題，會(hui) 降低鋰硫電池的實際能量密度。
“多硫化物的穿梭效應和負極鋰枝晶生長導致電池容量的快速衰減，嚴(yan) 重阻礙了鋰硫電池的商業(ye) 化進程。”吳忠帥告訴《中國科學報》，設計一種對多硫化物具有高吸附能力、高催化活性以及優(you) 越親(qin) 鋰性能的載體(ti) 材料，能夠實現鋰硫電池在高硫載量、貧電解液和低鋰負極用量下高效穩定的循環，是突破鋰硫電池應用瓶頸的有效方法。
為(wei) 此，研究團隊製備出一種铌基異質結構納米片。該異質結構結合了氧化铌對多硫化物的強吸附能力和氮化铌對多硫化物的高催化活性，同時具有優(you) 異的親(qin) 鋰表麵。團隊將其應用於(yu) 鋰硫電池的正極和負極載體(ti) ，有效地提高了對多硫化物的吸附催化轉化能力，並可以抑製鋰枝晶的生長。
此外，基於(yu) 該材料的正負兩(liang) 極匹配得到的鋰硫電池，在高硫負載量、低負正極容量比、電解液體(ti) 積/硫質量比較低的條件下，實現了較高的麵積容量和長循環性能。這種異質結構的設計策略，為(wei) 實現麵向實用化需求的高性能鋰硫電池電極設計提供了新的思路，有望應用在無人機、電動車和軍(jun) 用便攜式電源領域。
相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202102314
《中國科學報》 (2021-06-07 第3版 能源化工)關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
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