金鐘課題組在耐高溫、柔性可拉伸鋰硫電池領(lǐng)域取得進(jìn)展
隨著便攜式電子器件和智能穿戴設(shè)備的飛速發(fā)展，對(duì)柔性、高能量密度儲(chǔ)能電池的研發(fā)備受關(guān)注。鋰硫電池具有極限能量密度高（2600 Wh kg?1）、環(huán)境友好、成本低等優(yōu)勢(shì)，在便攜儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。與傳統(tǒng)的剛性電池不同，柔性電池中所有的功能組分（包括正極、負(fù)極、電解液/隔膜、集流體、封裝材料等）需要滿足在柔韌性、電化學(xué)性能、安全性、耐溫性等方面的高標(biāo)準(zhǔn)和良好兼容性。
針對(duì)這一問(wèn)題，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、介觀化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省先進(jìn)有機(jī)材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室金鐘教授帶領(lǐng)的“清潔能源材料與器件”研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和構(gòu)筑了一種柔性可拉伸的鋰硫電池。該電池?fù)碛谢钚晕镔|(zhì)負(fù)載大（14 mg cm?2），面積容量大（11 mAh cm?2），耐高溫（80 °C）等優(yōu)勢(shì)。電池整體擁有優(yōu)異的力學(xué)性能，在拉伸至原始長(zhǎng)度的4倍時(shí)仍可維持供電。相關(guān)研究成果以“Superstretchable, thermostable and ultrahigh-loading lithium–sulfur batteries based on nanostructural gel cathodes and gel electrolytes”為題發(fā)表在Nano Energy期刊上（DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105510）。
該電池由高彈性、高延展度的凝膠硫正極、凝膠電解質(zhì)、模塊化的鋰片負(fù)極和高分子封裝材料組成（圖1）。其中，凝膠硫正極通過(guò)聚合物相轉(zhuǎn)換方法制備，形成了由三維多孔硫碳復(fù)合物、碳納米管導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、彈性高分子骨架組成的三元復(fù)合結(jié)構(gòu)，這樣的多組分一體化設(shè)計(jì)既能保證電極在拉伸時(shí)充分維持其導(dǎo)電性（最大可拉伸至初始長(zhǎng)度的16倍，圖2），也能有效抑制多硫化鋰的穿梭效應(yīng)，確保電池的循環(huán)穩(wěn)定性。另一方面，與正極相匹配的凝膠電解質(zhì)也被成功應(yīng)用于柔性可拉伸鋰硫電池中。得益于電極材料和凝膠電解質(zhì)的穩(wěn)定性，該電池可以在80 °C的高溫環(huán)境下正常工作（圖3）。在反復(fù)拉伸測(cè)試的實(shí)驗(yàn)條件下，電池保持了良好的充放電穩(wěn)定性，并在超高的面積載硫量下（14 mg cm?2）獲得了良好的面積容量（11 mAh cm?2）和長(zhǎng)期循環(huán)性能（圖4）。本研究為開(kāi)發(fā)基于新材料體系、新器件結(jié)構(gòu)的柔性可拉伸鋰硫電池的提供了思路。
該論文的第一作者為博士研究生嚴(yán)雯同學(xué)，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李承輝教授在高分子材料優(yōu)化和力學(xué)測(cè)試方面給予了幫助。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省杰出青年基金、JW科技委GF科技創(chuàng)新特區(qū)項(xiàng)目、ZB預(yù)研教育部聯(lián)合基金青年人才基金的資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520310843?
圖1. 柔性可拉伸鋰硫電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖、三維多孔凝膠硫正極的制備過(guò)程與結(jié)構(gòu)表征。
圖2. 柔性可拉伸凝膠電極、電解質(zhì)和柔性鋰硫電池的力學(xué)性能測(cè)試。?
圖3. 柔性可拉伸鋰硫電池的電化學(xué)特性、耐高溫性能和長(zhǎng)期循環(huán)性能。
?
圖4. 柔性可拉伸鋰硫電池在高面積載硫量下的性能對(duì)比測(cè)試。
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com