通过用液晶聚合物调节Li+溶解屏障来实现高性能硫电池

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 聚合物科学 聚合物科学

背景情况:

• 硫 (Li-S) 电池具有较高的理论能量密度,但其速度能力和循环稳定性较差.
• 缓慢的硫化 (Li2S) 沉动力学是Li-S电池性能的主要限制.
• 需要有效的策略来加速Li2S沉并提高电池的整体效率.

研究的目的:

• 设计和制造富含硫酸盐组的液晶聚合物 (PBDT),以促进Li+溶解.
• 研究PBDT对Li2S沉动力学和Li-S电池性能的影响.
• 阐明PBDT增强Li-S电池特性的机制.

主要方法:

• 聚-2,2'-二硫-4,4'-二丁二甲胺 (PBDT) 的合成和表征.
• 使用PBDT修改的分离器制造Li-S电池.
• 电化学测试,包括速度能力和循环稳定性测量.
• 进行光谱 (拉曼) 和计算 (MD,DFT) 分析以了解该机制.

主要成果:

• 经过PBDT修改的分离器显著提高了Li-S电池的容量 (761mAhg-1在4C) 和循环稳定性 (500个循环,每个循环的衰减为0.088%在0.5C).
• 一个基于PBDT的袋式电池在稀疏电解质和高硫载荷条件下实现了高容量 (≈1400 mAh g-1).
• 计算和光谱研究证实,PBDT的硫酸盐组通过削弱Li + - 溶剂相互作用和降低能量屏障来促进Li + 溶解.
• 来自PBDT的静电排斥有效地阻止了聚硫化物吸附和催化.

结论:

• 富含硫酸盐的PBDT通过促进Li+溶解,有效地加速Li2S沉,克服了Li-S电池的关键局限性.
• PBDT显示了 Li-S 电池技术进步的巨大潜力,特别是对于需要高能量密度和稳定性的实际应用.
• 这项研究强调了Li+溶解在Li-S电池性能中的关键作用,并为未来的电池开发提供了新的设计策略.