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研究團隊開發基于蒙脫石插層改性的鋰硫電池隔膜涂層

發布時間：2023年03月29日

隨著電動汽車和電網儲能等新興技術的快速發展，高比能鋰硫電池的實際應用日益迫切，但是多硫化鋰的穿梭效應及氧化還原反應動力學緩慢問題依然阻礙著鋰硫電池的大規模商業化應用。以蒙脫石納米粘土材料為代表的二維層狀粘土材料，由于其層間通道結構可以促進電極或隔膜中鋰離子的高速傳輸，而且粘土硅鋁酸鹽片層對多硫化鋰具有強化學吸附作用，可有效抑制穿梭效應，在鋰硫電池正極和隔膜中展現出了突出的應用潛力。

近日，廣東省科學院化工研究所龐浩研究員團隊通過設計開發基于插層蒙脫石復合多功能隔膜涂層，以吸附阻隔多硫化鋰擴散的同時快速催化轉化。為了充分利用插層蒙脫石基復合材料在鋰硫電池中的優勢，最大程度的降低蒙脫石電化學惰性對電池容量造成的損失，項目團隊開發了過渡金屬硫化物插層蒙脫石復合材料（TMSs@MMT）作為鋰硫電池隔膜涂層材料，通過多種電化學方法和DFT理論計算方法揭示了鋰離子高速傳輸及其對多硫化鋰的吸附-催化協同作用機理（圖1）。

圖1 過渡金屬硫化物（FeS2）插層蒙脫石多功能隔膜涂層促進多硫化鋰吸附及轉化過程機理研究

結果顯示，采用TMSs@MMT涂層改性的隔膜組裝的鋰硫電池表現出優異的電化學性能（圖2），特別是倍率性能高達10 C（～358 mAh g-1）；在2 C高電流密度下循環1000次后，其放電容量仍可達610 mAh g-1，相應的每圈容量衰減率僅0.031%；在高載硫量（5.0 mg cm-2）和貧電解液（8.5 μL mg-1）條件下可以獲得良好的循環穩定性和高面積比容量（5.51 mAh cm-2）。

圖2 基于過渡金屬硫化物（FeS2）蒙脫石改性隔膜的鋰硫電池電化學性能

上述研究為鋰硫電池隔膜功能化改性提供了新思路新方法，所制備鋰硫電池性能優于當前報道的同類材料。相關研究成果發表于國際權威期刊Inorganic Chemistry Frontiers（中科院一區Top期刊），論文第一作者為吳煉博士。該研究得到了中國博士后科學基金項目、廣東省科學院建設國內一流研究機構行動專項資金項目等的資助。

原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/QI/D2QI02324E

（電子信息材料研究部）

科學院發表鏈接：http://www.gdas.gd.cn/kyjz_50756/202303/t20230327_737137.html

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