讓鋰硫電池容量提升一倍的新型陰極

據(jù)外媒報(bào)道，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)（UniversityofManchester）的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種摻雜石墨烯的電池陰極，以實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定的鋰硫電池。研究人員在論文中表示，采用該陰極材料制成的鋰硫電池容量提升了一倍，而且在0.5C、1C、2C和3C的充電倍率下充電時(shí)，可以經(jīng)受住500次的充放電循環(huán)。

該陰極結(jié)合了激光合成的硫（S）和摻雜了氮（N）的石墨烯電極（沒(méi)有粘合劑）以及載有鉬硫化物（MoS2）的納米顆粒。

摻雜氮硫的多孔石墨烯結(jié)構(gòu)通過(guò)產(chǎn)生二氧化硫增強(qiáng)了界面的吸附能力，而二氧化硫能夠通過(guò)促進(jìn)含氧官能團(tuán)與硫進(jìn)行化學(xué)結(jié)合，以抑制多硫化物向電解質(zhì)擴(kuò)散。

低電解質(zhì)電阻、低相間接觸電阻和低電荷轉(zhuǎn)移電阻加速了電子和鋰離子在摻雜了激光誘導(dǎo)氮硫的石墨烯中的傳輸。

理論上說(shuō)，鋰硫電池的比容量很高，可達(dá)1675mAh/g，而且能量密度也較高，可達(dá)2600Wh/kg，是未來(lái)電池的一個(gè)潛在選擇。盡管實(shí)際鋰硫電池的能量密度只有550至660Wh/kg，是理論上能量密度的20%，不過(guò)此種水平的能量密度已經(jīng)在用LiCoO2陰極制成的鋰硫電池中實(shí)現(xiàn)了。所以，要達(dá)到更高水平的容量和能量密度是鋰硫電池面臨的主要挑戰(zhàn)之一，而循環(huán)穩(wěn)定性低也阻礙了鋰硫電池得到實(shí)際應(yīng)用。可溶性多硫化鋰是硫陰極電化學(xué)反應(yīng)中造成穿梭效應(yīng)的關(guān)鍵因素，會(huì)導(dǎo)致鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)定性低。

因此，科學(xué)家們采用了一種脈沖UV（紫外激光）直寫(xiě)技術(shù)，形成了載有多個(gè)納米顆粒（如銀、鉑、硅和硫化鉬）的摻雜硫和氮的石墨烯電極，其中硫化鉬由一種含有特殊配方的有機(jī)油墨與多種微粒制成。該工藝為一步成型工藝，不需要粘結(jié)劑，以形成鋰硫電池陰極集流器。該工藝可以讓鋰硫電池經(jīng)受長(zhǎng)期的充放電循環(huán)，而且?guī)缀醪粫?huì)降低其蓄電量。