北京大学研制了一种新型纳米钴多孔碳载体锂硫电池材料

2020-09-02 17:05 ryder

科技的不断进步对锂离子电池技术提出了更高的要求,特别是在电动汽车等大规模储能领域,对能量密度更高、价格更低的新型锂离子电池提出了更高的要求。其中,硫锂电池作为一种多电子反应锂离子电池,其能量密度(2600Wh/kg)和价格优势远高于目前市面上的磷酸铁锂和氧化钴锂电池,因此引起了广泛关注。但在充放过程中存在着单质硫电导率差、中间多硫化物穿梭效应、充放过程中的体积膨胀等一系列问题。目前,研究人员对硫正电极的基体材料提出了一系列优化策略,如通过多孔碳提高硫正电极的电导率,通过氮掺杂提高对多硫化物的吸附。但是,各种手段取得的效果有限,不能从根本上解决问题。因此,需要一种结合多种功能的更有效的正极基质材料。
北京大学研制了一种新型纳米钴多孔碳载体锂硫电池材料
 
一种新型锂硫电池材料
 
最近,北京大学深圳研究生院学院冯新材料盘清洁能源中心的教授领导的研究小组一个MOF材料制备基于钴纳米晶体的共同责任氮掺杂多孔碳笼的锂电池作为一种新型宿主材料,通过其优秀的电化学性能表征测试发现,包括XRD, SEM, TEM、XPS,并通过DFT等多种手段揭示了性能的原因,阐明了Co纳米晶、多硫化物吸附动力学对锂离子扩散和转化的积极作用,为制备新型锂电池正极材料提供了思路。该成果最近发表在能源材料领域的知名期刊《先进能源材料》(2020,10 (9),1903550,IF=24.884)上。
 
本研究的新颖之处在于,本课题组利用高比表面积的zNCO-MOF吸附葡萄糖小分子,在碳化过程中,葡萄糖优先碳化成SP2结构的碳框,在MOF腔内分离金属钴,提高电导率。同时,适量的硫可使活性硫物质装载在碳笼内而不是表面,使硫与碳笼骨架保持较强的相互作用。团队制备钴纳米晶体的高分散承担负载氮掺杂多孔碳笼多硫化物硫活性原料和中间体与多功能效应,包括导电率的提高,含硫量高,应力消除,锂离子的加速扩散动力学,催化多硫化物快速转换和强烈的聚硫吸附中间体等等,它们可以保证锂硫电池高性能比和长循环寿命。
北京大学研制了一种新型纳米钴多孔碳载体锂硫电池材料
 
一种新型锂硫复合阳极材料的电化学性能
 
同时,一系列研究表明,骨架中携带的高度分散的Co纳米晶不仅能有效促进锂离子的扩散和多硫化物的氧化还原,还能进一步增强多硫化物的吸附。这项工作为过渡金属作为锂硫电池中多硫化物的高性能催化剂提供了新的参考。

声明: 本站所发布文章,均来自于互联网,不代表本站观点,如有侵权,请联系删除  微信:13544194141

   声明: 本站所发布文章,部分图片和内容自于互联网,如有侵权,请联系删除  微信:13544194141
用手机扫描二维码关闭
二维码