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近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車(chē)的推廣和應(yīng)用，對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能器件提出了新的要求和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的鋰離子電池受制于電極材料較低的理論容量，難以滿(mǎn)足高能量密度儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求?；诙嚯娮愚D(zhuǎn)換反應(yīng)的鋰硫電池具有相對(duì)超高的比能量，且原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、低毒無(wú)害，被認(rèn)為是頗具潛力的下一代高能量電池體系之一，也是當(dāng)前電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)和方向。

然而，鋰硫電池固有的自身缺陷阻礙了其持續(xù)的推廣及應(yīng)用：由于硫單質(zhì)及還原產(chǎn)物多硫化合物（Li2S/Li2S2）的導(dǎo)電率低，導(dǎo)致鋰硫電池中活性物質(zhì)利用率低，倍率性能差；在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的可溶性多硫化合物，導(dǎo)致“穿梭效應(yīng)”出現(xiàn)，降低了電池的循環(huán)壽命。因此，開(kāi)發(fā)具有高導(dǎo)電性，且對(duì)“穿梭效應(yīng)”具有較強(qiáng)弱化能力的正極材料，是獲取高性能鋰硫電池的關(guān)鍵技術(shù)。

中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究組研究員武建飛深耕鋰硫電池領(lǐng)域，針對(duì)鋰硫電池的本征缺陷提出了多種解決思路，并取得了一系列的創(chuàng)新性研究成果（Journal of Materials Chemistry A, 6 (2018), 23486-23494；Electrochimica Acta, 295 (2019), 684-692；ACS Applied Materials & Interfaces, 11 (2019), 15607-15615；Advanced Materials Interfaces, 2020, 2001698）。以往研究發(fā)現(xiàn)，與硫同族的硒元素具有和硫類(lèi)似的轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理，且鋰硒電池的“穿梭效應(yīng)”可以明顯得到抑制。而與鋰硫電池相比，鋰硒電池容量較低，無(wú)法滿(mǎn)足高比能電池的要求。針對(duì)這一問(wèn)題，該研究組博士生楊澤文利用硫和硒的協(xié)同作用，彌補(bǔ)各自體系的“木桶短板”，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了具有雙碳雙活性物質(zhì)的新型鋰-硫（硒）電池體系。該體系以殼聚糖基衍生碳為基底，三維纏繞碳納米管構(gòu)成雙碳的活性物質(zhì)載體，可有效提高三維碳載體骨架的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；通過(guò)煅燒方式負(fù)載硫-硒復(fù)合物作為活性材料，獲得具有高容量、高循環(huán)穩(wěn)定性能的鋰硫（硒）電池正極材料。研究表明，在0.5 C（1 C=1340 mA·g-1）電流密度下，電池經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后仍保持833.2 mAh·g-1的高比容量。此外，該工作還利用簡(jiǎn)便有效的測(cè)試手段，探討此電池體系的充放電機(jī)理，得出了硫-硒復(fù)合物作為活性物質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理為鋰硫和鋰硒電池基本反應(yīng)步驟的組合。

該研究為解決鋰硫電池的本征缺陷問(wèn)題提供了新的參考思路，并為硫族元素在鋰金屬電池中的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。近日，相關(guān)研究成果以Novel Lithium-Chalcogenide Batteries Combining S, Se and C Characteristics Supported by Chitosan-Derived Carbon Intertwined with CNTs為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。




原標(biāo)題：青島能源所開(kāi)發(fā)出雙碳雙活性物質(zhì)的新型鋰-硫（硒）電池體系