DQZHAN技術(shù)訊：全石墨烯正極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：更可靠的高性能鋰硫電池！
近年來移動(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和可再生能源的飛速發(fā)展對(duì)二次電池的能量密度提出了更高的要求，傳統(tǒng)鋰離子電池因受理論能量密度限制，已難以滿足需要，因此新型高能量密度二次電池的開發(fā)受到高度關(guān)注。
來源： 烯碳資訊 ID：xitanzixun
以單質(zhì)硫?yàn)檎龢O，金屬鋰為負(fù)極的鋰硫電池具有高達(dá)2600 Wh kg-1的理論能量密度，同時(shí)由于單質(zhì)硫儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，鋰硫電池被視為*具有發(fā)展前景的下一代高能量二次電池之一，并受到了研究者的廣泛關(guān)注。然而，單質(zhì)硫的低導(dǎo)電性以及充放電中間產(chǎn)物多硫化物的溶解與穿梭等問題使鋰硫電池的大規(guī)模商業(yè)化仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。
多孔碳材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、豐富的孔結(jié)構(gòu)和極高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此發(fā)展硫/多孔碳復(fù)合電極材料被認(rèn)為是提高鋰硫電池性能的有效途徑之一。然而，多數(shù)研究工作中報(bào)導(dǎo)的硫/碳復(fù)合材料中硫的負(fù)載量較低(小于70 wt%)，使得電極中硫的單位面密度較低(小于2 mg cm-2)，進(jìn)而導(dǎo)致硫/碳復(fù)合電極較低的面容量，甚至低于商用鋰離子電池4.0 mAh cm-2的水平，嚴(yán)重制約了鋰硫電池的實(shí)用化進(jìn)程。
*近，中國科學(xué)院金屬研究所先進(jìn)炭材料研究部利用石墨烯材料衍生物眾多、性能多樣化的特點(diǎn)，提出了一種全石墨烯鋰硫電池正極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在該結(jié)構(gòu)中，高孔容石墨烯作為硫的擔(dān)載體，其孔容量高達(dá)3.51 cm3g-1，可實(shí)現(xiàn)80 wt%的負(fù)載量;高導(dǎo)電石墨烯作為集流體，相比傳統(tǒng)的金屬集流體，其輕質(zhì)的特點(diǎn)有助于提升電池整體的能量密度;部分氧化石墨烯作為吸附層，其含氧官能團(tuán)與多硫化物的化學(xué)鍵合作用可有效防止多硫化物向負(fù)極的遷移。
該全石墨烯正**有高達(dá)5 mg cm-2的面密度，其**放電比容量高達(dá)1500 mAh g-1，對(duì)應(yīng)于7.5 mAh cm-2的面容量。在經(jīng)過400次循環(huán)后，仍能保持841 mAh g-1的比容量，表現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
通過三種石墨烯的協(xié)同作用，該全石墨烯正極實(shí)現(xiàn)了更可靠的高性能鋰硫電池，表現(xiàn)出良好的實(shí)用化前景。該工作近期發(fā)表于ACS Nano。
