锂硫电池正极材料研究取得重要进展

iChEM研究人员、我室郑南峰教授课题组和厦门大学萨本栋微纳研究院方晓亮副教授在锂硫电池正极材料的合作研究取得重要进展,相关结果以“From Hollow Carbon Spheres to N-Doped Hollow Porous Carbon Bowls: Rational Design of Hollow Carbon Host for Li-S Batteries”为题,发表于《先进能源材料》期刊(Adv. Energy Mater., DOI: 10.1002/aenm.201502539)。

由于高比表面积和丰富的壳层孔道可以提供丰富的储能位点和良好的传质途径,中空多孔结构被广泛地应用于碳基储能材料的结构设计。虽然中空多孔结构可以显著提高碳基储能材料的性能指标,但是其内部空腔会大幅降低碳基材料的密度,对构筑高能量密度储能器件不利。基于中空多孔结构进行“内凹化”可以在保持其原有结构优势的同时降低材料体积,该团队提出了一种“苯并�嗪/二氧化硅共组装包裹”的普适性方法,成功地制备了结构参数可控的多孔碳及其复合纳米材料,通过模板选择和调控造孔剂二氧化硅与碳源前驱体的比例,获得具有碗状结构的N-掺杂中空多孔碳材料。与先前中空多孔碳材料的研究相比,N-掺杂中空多孔碳碗具有高分散性、高比表面积和显著提升中的体积密度等优点。载硫后的N-掺杂型中空多孔碳碗作为锂硫电池正极材料,可以通过碳材料自身的物理吸附作用和掺杂N原子的化学吸附作用对充放电过程中产生的多硫中间体进行有效固定,进而抑制充放电过程中的“穿梭效应”,最终展现出优异的电化学性能和体积比能量。该结果为中空多孔碳材料在锂硫电池、超级电容器和锂离子电池等领域的应用研究提供了新思路。同时,所发展的合成方法学为今后功能化碳基纳米材料的设计和制备提供了新途径。



该研究工作于2016年1月发表,并被《先进能源材料》评为“Best of Advanced Energy Materials' feature, as one of the top 5 most downloaded articles of Advanced Energy Materials this month”。
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201502539/full


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