孙正明教授团队在长寿命锂硫电池研究方面取得新进展

发稿时间:2021-04-25浏览次数:13

【东大新闻网4月25日电】(通讯员 孙正明 潘龙)日前,东南大学材料科学与工程学院孙正明教授团队在国际知名期刊Advanced Materials上以“MXene-derived TinO2n-1 quantum dots distributed on porous carbon nanosheets for stable and long-life Li−S batteries: Enhanced polysulfide mediation via defect engineering”为题发表学术研究论文,介绍了其在长寿命锂硫电池材料设计制备与机理研究方面的最新进展。

锂硫电池因具有数倍于锂离子电池的理论能量密度(2600 W h kg–1)而被认为是最具前景的下一代电化学储能器件之一。然而,单质硫与多硫化物的低电导率、多硫化物的穿梭效应、循环过程中的巨大体积效应等因素严重制约着锂硫电池的商业化应用。

孙正明教授团队近年来面向我国新材料与新能源领域的重大需求,开展了高能量密度、高功率密度、大规模以及柔性储能等技术的共性理论与应用开发的研究。在前期工作基础上(Nanoscale, 2020, 12, 24196; 2D Mater, 2020, 7, 025049; ACS Appl Energy Mater, 2019, 2, 705等),提出了一种集物理限域、化学吸附和催化转化于一体的“all-in-one”硫载体,大幅提升了锂硫电池的循环稳定性。该工作利用新型二维材料MXene为单一前驱体,首次通过可控原位转换策略构筑了富含氧空位的氧化物量子点修饰多孔碳纳米片复合结构。通过原位拉曼、多硫化物吸附、第一性原理计算等多种实验与理论方式揭示了氧空位及其复合结构对多硫化物的吸附和催化转化作用机制。该复合结构电极在快充(2C)下循环1000圈后依然具有88%的容量保持率。不仅如此,在4.8 mg cm–2硫负载量和4.5 μL mg–1贫电解液下仍然表现出良好的循环性能,并可用于柔性软包电池。该工作为不仅为碳负载缺陷型氧化物量子点材料开发提供了新策略,也为理解多硫化物转化过程和穿梭效应抑制机理提供了新思路。

图:MXene原位构筑缺陷型氧化物量子点修饰的多孔碳片及其对多硫化物的可逆催化转化过程

东南大学材料科学与工程学院博士生张恒、至善博士后杨莉为本文共同第一作者,潘龙副教授和孙正明教授为共同通讯作者,东南大学为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金重点项目、江苏省双创团队、江苏省自然科学基金青年项目和江苏省研究生科研创新实践计划等项目资助。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008447


供稿:材料科学与工程学院