发布时间:2021-05-25 10:16 原文链接: 铌基异质结构纳米片并用于贫电解液锂硫电池

  近日,我所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组(508组)吴忠帅研究员团队,设计并制备出一种氮化铌-氧化铌异质结构纳米片,可同时作为锂硫电池的正极与负极载体,有效地抑制了多硫化物的穿梭效应和金属锂负极枝晶的生长,应用该异质结构的锂硫电池在贫电解液、低负正极容量比、高硫载量条件下,展示出优异电化学性能。

  锂硫电池具有高的理论能量密度,被视为高比能电池中最具潜力的锂离子电池技术之一。然而,锂硫电池的实际应用受到硫正极的多硫化物穿梭、氧化还原反应动力学慢、负极锂枝晶生长等问题的限制,造成锂硫电池倍率和循环性能较差。此外,锂硫电池中正极硫载量低和电解液用量大,以及负极金属锂过量的问题会降低锂硫电池的实际能量密度。因此,设计一种对多硫化物具有高吸附能力、高催化活性以及优异亲锂性能的载体材料,能够实现锂硫电池在高硫载量、贫电解液和低锂负极用量下高效稳定的循环,是突破锂硫电池应用瓶颈的有效方法。

近日,该团队针对锂硫电池存在的科学问题和技术瓶颈,制备出一种铌基异质结构纳米片。该异质结构同时结合了氧化铌对多硫化物的强吸附能力和氮化铌对多硫化物的高催化活性,并具有优异的亲锂表面。该团队将其同时应用于锂硫电池的正极和负极载体,有效地提高了对多硫化物的吸附催化转化能力,并可以抑制锂枝晶的生长。此外,基于该材料的正负两极匹配得到成的锂硫电池,在高硫负载量6.9mg/cm2、低负正极容量比2.4:1、电解液体积硫质量比5.1μl/mg的条件下面积容量可达5.0mAh/cm2。这种异质结构的设计策略,为实现面向实用化需求的高性能锂硫电池电极设计提供了新的思路。

  相关研究成果以题为“Interfacial Engineering of Bifunctional Niobium (V)‐Based Heterostructure Nanosheet Toward High Efficiency Lean‐Electrolyte Lithium–Sulfur Full Batteries”发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。该工作的第一作者是我所508组2016级博士研究生石浩东。上述工作得到国家重点研发计划项目、中科院洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。(文/图 石浩东、侯晓城)

  文章链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202102314

相关文章

两会新三样我国锂电池产量增长25%

导读:两会“新三样”推动外贸问规模、优结构,电动汽车、锂电池、光伏产品“新三样”出口增长近30%近日,两会在中国北京召开。2024年3月5日上午,十四届全国人大二次会议开幕,李强总理作了政府工作报告。......

锂离子电池或被取代?一文读懂安全可回收的水电池

据媒体报道,沈阳辽宁大学和澳大利亚皇家墨尔本理工大学的科学家联合开发了一款“水性金属离子电池”,简称“水电池”。由于科学家利用水替代了有机电解质,这意味着电池永远不可能起火,也不会爆炸。并且该电池还可......

欧阳明高院士:今年新能源汽车市场占有率有望突破40%

2023年,中国新能源汽车产销量分别达958.7万辆和949.5万辆,连续9年位居全球第一。与此同时,被称为“新三样”的中国电动汽车、锂电池、太阳能电池出口总额达1.06万亿元,首次突破万亿大关。2月......

科研人员创新推出废旧动力锂电池分离回收新工艺

记者从中国科学院长春应用化学研究所了解到,该所绿色分离化学与清洁冶金课题组在废旧动力锂电池分离回收新工艺上取得新突破。课题组负责人陈继介绍,我国动力锂电池生产、使用和出口均居世界前列。锂电回收和循环利......

动力电池公司布局船舶,能否掀起航线绿色能源巨浪?

12月5日至8日,在2023年中国国际海事技术学术会议和展览会上,宁德时代、亿纬锂能等锂电池龙头竞相参会并带来了全新的产品和解决方案,在锂电池技术创新的推动下,船舶开始成为动力电池下一个大型应用场景。......

电池黑粉(BlackMass)—XRF分析在锂电池回收利用行业的应用

手持便携式X射线荧光光谱仪(HHXRF)在考古领域中得到了广泛应用,为艺术品和历史文物的鉴定、保存和修复提供了有力支持。这项无损技术可以在几秒钟内对各种材料进行分析,无需采样或准备测试样品,对文物造成......

XRF分析在锂电池回收利用行业的应用

废旧锂离子电池回收是缓解资源短缺的重要手段。X射线荧光(XRF)分析为有价值材料的评估和回收带来了一种经济有效的方法。在锂离子电池回收利用过程中,准确分析各种各样的黑粉样品具有很大的挑战性。日立的X-......

重磅,日企研发出新固态电池:容量增至25倍

据报道,日本大型电池企业麦克赛尔宣布,他们已经成功研发出一种新型圆柱形固态电池,具有大容量、耐热强、寿命长和抗冲击性好等特点。据了解,新型电池采用了硫化物材料,这种材料容易大容量化,相比传统的锂离子电......

回顾:2023年Nature\Science上的锂电池成果

2023年Nature上的电池文章汇总1.固态电解质最新成果登上Science日本东京工业大学创新研究所全固态电池研究中心RyojiKanno教授团队利用高熵材料的特性,通过增加已知锂超离子导体的组成......

电池黑粉(BlackMass)—XRF分析在锂电池回收利用行业的应用

废旧锂离子电池回收是缓解资源短缺的重要手段。随着可再生能源需求持续上升,废旧锂离子电池回收利用变得比以往任何时候都更加重要。然而,评估这些电池中各种成分的价值是一项复杂挑战,且其通常包含在电池黑粉(B......