富硫有机正极材料问世 为锂硫电池提供高容量

富硫有机正极材料问世 为锂硫电池提供高容量

作者:    来源:    发布时间:2019-06-24 14:21    浏览量:
盖世汽车讯 据外媒报道,北京航空航天大学的研究人员,开发一种线性分子富硫有机材料,可作为锂硫电池的硫正极。四甲基二硫代秋兰姆-硫 (TMTD-S)正极材料,在0.2C(1C=1061mAh/g)下,提供685mAh/g的初始容量,并能在200次循环后,保持540mAh/g的容量。   此外,使用科琴黑导电剂和碳布电流收集器,提高TMTD-S正极材料的导电率,该材料能提供高达1054?mAh/g的初始容量。即使在0.5C的高电流密度和1.8mg/cm?的高质量负载下,循环100次后,仍能保持930?mAh/g。   近十年来,锂硫电池因具有高理论能量密度(2600wh/kg),在世界范围内获得广泛研究,被认为是下一代储能系统。然而,因可逆容量小、库仑效率低、循环寿命短等明显缺点,在实际应用时,硫正极存在局限性。众所周知,这是硫正极的固有缺陷所导致的,通常称为多硫化物穿梭效应。因此,人们在防止多硫化物穿梭方面做出大量努力,如在分离器中添加中间层,以便在正极侧容纳多硫化物;在正极中引入高极性材料,吸收附近的多硫化物;设计纳米结构复合材料正极,物理限制多硫化物;加入多功能电解质,利用正极电催化剂,加速多硫化物沉积。   这些方法虽能缓解多硫化物穿梭效应,但效应的源头仍然存在,即多硫化物的溶解,不可避免地会造成容量损失。防止多硫化物穿梭的基本方法,是控制多硫化物的溶解,避免使用八元环单质硫为活性物质。因此,开发非单质硫正极,或将推动锂硫电池实际应用。   从硫正极的储能机理中,可以看到,锂化和去锂化过程的本质,在于S-S键的解离和形成。这种键不仅存在于单质硫中,也存在于其他含硫化合物中。因此,含S-S键的化合物,可能成为潜在的正极候选材料,如金属多硫化物(TiS4、MoS3等)、有机硫复合材料和有机多硫化物(二硫/三硫/四硫)。   研究人员通过简单的加成反应,在四甲基二硫代秋兰姆(TMTD)中加入硫,合成一种富硫有机线性分子四甲基二硫代秋兰姆-硫(TMTD-S)。TMTD-S具有RSnR (R=C2H6N(S))的线性分子结构,活性硫含量高达60% wt%。这种TMTD-S正极材料,含硫量高,循环性能稳定,具有较高的可逆容量。
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