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吳宇平/劉麗麗Adv. Sci.:采用Li4Ti5O12修飾隔膜獲得更好的Li-S電池

吳宇平/劉麗麗Adv. Sci.:采用Li4Ti5O12修飾隔膜獲得更好的Li-S電池
市場對能源的需求促使研究人員對Li-S電池給予了很大的關注。然而,”穿梭效應”、鋰負極的腐蝕和鋰枝晶的形成使得Li-S電池的循環性能不佳(尤其是在高電流密度和高硫負載下),從而限制了其商業應用。
吳宇平/劉麗麗Adv. Sci.:采用Li4Ti5O12修飾隔膜獲得更好的Li-S電池
圖1 SPLTOPD和商用隔膜在Li-S電池中的作用示意圖
南京工業大學吳宇平、劉麗麗等通過簡單的涂層方法,即采用Super P和LTO(Li4Ti5O12)(縮寫為SPLTOPD)制備和修飾了一種隔膜,以改善Li-S電池的電化學性能。
研究顯示,LTO可以提高Li+陽離子的傳輸能力,而Super P可以降低電荷傳輸電阻。此外,所制備的SPLTOPD修飾層可以有效地阻隔多硫化物的通過,催化多硫化物轉化為S2-的反應,并防止絕緣硫物種在陰極表面的聚集。
吳宇平/劉麗麗Adv. Sci.:采用Li4Ti5O12修飾隔膜獲得更好的Li-S電池
圖2 不同改性材料對多硫化物的影響以及改性隔膜的離子傳導性測試
受益于上述優勢,采用SPLTOPD的Li-S電池可以在5C下循環870次,每次循環的容量衰減僅為0.066%。當硫含量為4.0 mg cm-2時,在0.2 C下活化后的比放電容量可以達到1200 mAh g-1,而當硫含量高達7.6 mg cm-2時,仍然可以達到839 mAh g-1
此外,采用SPLTOPD的電池在1 C下循環100次后,鋰負極上沒有鋰枝晶或腐蝕層。毫無疑問,這項工作可以大大促進Li-S電池功能改性隔膜的商業化。
吳宇平/劉麗麗Adv. Sci.:采用Li4Ti5O12修飾隔膜獲得更好的Li-S電池
圖3 Li-S電池的循環性能
A Separator with Double Coatings of Li4Ti5O12 and Conductive Carbon for Li-S Battery of Good Electrochemical Performance. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202301386

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