PAN-硫黄複合材料に基づく金属硫黄電池カソッド
Shuya Wei1, Lin Ma1, Kenville E Hendrickson1
1School of Chemical and Biomolecular Engineering, ‡Department of Materials Science and Engineering, Cornell University , Ithaca, New York 14853, United States.
Journal of the American Chemical Society
|September 2, 2015
まとめ
新しい硫黄/ポリアクリロニトリル (SPAN) ナノ複合材料は,リチャージ可能なリチウム-硫黄 (Li-S) セルにおけるポリ硫黄のシャットリングを排除します. これらの安定したSPANカトッドは,従来のアノド安定器なしで高エネルギーLi-S電池を可能にします.
科学分野:
- 材料科学
- 電気化学
- エネルギー貯蔵
背景:
- リチャージ可能なリチウム硫黄 (Li-S) 細胞は理論的には高いエネルギー密度を提供しますが,ポリ硫黄のシャトル輸送などの課題に直面しています.
- ポリ硫化物の溶解と移動は,Li-S細胞の性能とサイクル寿命を阻害する.
研究 の 目的:
- ポリ硫化物の問題を克服する高エネルギーLi-S細胞のための新しいカトド材料を開発する.
- 硫黄/ポリアクリロニトリル (SPAN) ナノ複合物の電気化学的行動と安定性を調査する.
主な方法:
- 硫黄とポリアクリロニトリル (PAN) を反応物質として使用した硫黄/ポリアクリロニトリル (SPAN) ナノ複合物の容易な熱合成.
- 電気化学分析 (サイクリング,クーロンビック効率) とSPANカトドのスペクトル解析.
- 伝統的なアノド安定剤のない単純な炭酸電解質で,SPAN カソードでLi-S セルを試験する.
主要な成果:
- SPANナノ複合物は,酸化還元過程を通じて,硫黄を小さな分子形態 (S3/S2) で維持する.
- PANホスト内の共性結合と硫黄の物理的な閉じ込めは,ポリ硫化物の溶解とシャットリングを効果的に排除します.
- Li-SPAN細胞は,アノド安定化添加物なしで,単純な電解質で高クーロンビック効率で安定したサイクルを実証しています.
- 元素硫黄とリチウムイオン間の完全かつ可逆的な酸化還元変換は,数百回のサイクルで観察されました.
結論:
- SPANナノ複合材料は,Li-S電池のカトド材料の重要な進歩を表しています.
- 開発された材料は,Li-S電池の重要な限界を効果的に解決し,高エネルギーアプリケーションの道を開きます.
- このアプローチは,高度なLi-S電池のシンプルで安定した電解質システムを提供します.
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