アルミニウムアセチルアセトナート-閉じ込められたインサイチュポリマーを動的活性媒体とする持続可能な固体リチウム硫黄電池

科学分野:

• 材料科学;電気化学;エネルギー貯蔵

背景:

• 固体高分子電解質（SPE）ベースのリチウム硫黄（Li-S）電池は、高い理論的エネルギー密度と安全性を備えています。主な故障メカニズムは、デッドリチウムポリスルフィド（LiPS）によるカソード-SPE界面の詰まりです。このLiPSの蓄積はレドックスプロセスを妨げ、固体リチウム硫黄電池（SSLSB）の実用化を制限します。

研究 の 目的:

• SSLSBにおけるLiPSの詰まりに対処するために、動的活性媒体（DAM）電解質システムを開発すること。電極-電解質界面適合性とLiPS管理を最適化すること。硫黄レドックス反応速度論と全体的な電池性能を向上させること。

主な方法:

• 酢酸アルミニウムアセチルアセトナートと1,3-ジオキソラン（DOL）を使用したDAM電解質システムの生成。カソードとインサイチュ重合されたポリDOLベースのSPEの間にDAMシステムを統合すること。界面適合性、LiPS吸着/再活性化、およびレドックス反応速度論の評価。

主要な成果:

• DAMシステムは、界面適合性を最適化し、蓄積されたLiPSを再活性化します。硫黄レドックス反応のエネルギー障壁が低下し、速度論が加速されます。SSLSBは、硫黄負荷量4.5 mg cm⁻²で347 Wh kg⁻¹のエネルギー密度を達成しました。ポーチセルは、80サイクル後に85.3％の容量維持率を維持しました。

結論:

• 界面DAM戦略は、SSLSBにおけるLiPSの蓄積を効果的に抑制します。このアプローチは、Li-S電池の寿命を延ばすための革新的なエンジニアリングコンセプトを提供します。開発されたシステムは、実用的なアプリケーションのエネルギー密度とサイクリング安定性を向上させます。