中山大學材料科學與工程學院孟躍中教授課題組在高分子領域頂級綜述期刊《Progress in Polymer Science》發表題目為“Polymers for High Performance Li-S Batteries: Material Selection and Structure Design”的綜述論文。基于聚合物獨特的結構和性質以及相關的電化學機理,綜述了各種聚合物在Li-S電池中的應用,以解決導電性差、穿梭效應、Li2Sn沉積、體積膨脹和Li枝晶問題。
鋰硫電池是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負極的一種鋰電池。單質硫在地球中儲量豐富,具有價格低廉、環境友好等特點。利用硫作為正極材料的鋰硫電池,其材料理論比容量和電池理論比能量較高,分別達到 1675mAh/g 和 2600Wh/kg,遠遠高于商業上廣泛應用的鈷酸鋰電池的容量(150mAh/g和250 Wh/kg)。并且硫是一種對環境友好的元素,對環境基本沒有污染,是一種非常有前景的鋰電池。
孟躍中教授課題組一直從事鋰硫電池中的高分子材料選擇和結構設計研究工作,針對鋰硫電池存在的問題,包括硫正極導電性差及體積膨脹、多硫離子穿梭效應、多硫化鋰沉積及鋰負極產生鋰枝晶等,提出了一系列的解決方案:利用各種天然、廉價高分子的碳化對硫顆粒進行包裹以提高導電性并提供緩沖空間;合成帶電高分子來包裹硫正極或制成電池隔膜、凝膠電解質、固態電解質,減緩多硫離子的穿梭效應;在鋰負極表面覆蓋薄層高分子,在不影響鋰離子傳導的前提下抑制鋰枝晶的產生。這一系列的研究,有效地提高了鋰硫電池的循環性能、倍率性能,為鋰硫電池的產業化做出了有益的探索。目前,相關成果正在電池企業進行深化和細化研究,如果鋰硫電池進入市場,將極大改變人們的生產生活方式。
該論文第一通訊作者為中山大學孟躍中教授(http://emi.sysu.edu.cn/),第二通訊作者為美國康涅狄格大學孫陸逸教授(http://wp.luyi-sun.uconn.edu/),論文共同第一作者為黃盛副研究員和博士生關瑞騰。
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670018301266
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