可扩展的离子电池,具有金属/金属氧化物硫阴极和化氧化物/碳阳极
Edoardo Barcaro1, Vittorio Marangon2,3, Dominic Bresser2,3
1Department of Chemical, Pharmaceutical and Agricultural Sciences, University of Ferrara, via Fossato di Mortara 17, 44121, Ferrara, Italy.
ChemSusChem
|September 24, 2024
概括
这项研究介绍了一种可扩展的离子电池,使用硫阴极和新型阳极,通过避免金属问题来改善能量存储. 新设计为先进的电池应用提供了高容量和稳定性.
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
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 硫 (Li-S) 电池具有高的理论能量密度,但受到聚硫化物穿和有限的循环寿命的影响.
- 传统的Li-S系统依赖于金属阳极,由于树突石的形成,这给安全性和可扩展性带来了挑战.
- 开发可扩展和稳定的电池化学是下一代储能解决方案的关键.
研究的目的:
- 开发一种可扩展的离子电池,克服传统硫系统的局限性.
- 为了提高硫的利用率和减轻多硫化物损失,使用新的阴极添加剂和阳极材料.
- 评估拟议的电池设计的电化学性能和循环稳定性.
主要方法:
- 使用含锡 (Sn) 和二氧化 (MnO2) 添加剂和高硫含量的阴极制造离子电池.
- 开发一种化阳极,其中包含烟,几层石墨烯 (FLG) 和无形碳.
- 组装和电化学测试使用电化学和化学化通路对阳极的全电池.
主要成果:
- 阴极达到~1170 mAh/gS的最大容量,具有良好的速率性能和半电池中的250循环保留.
- 阳极表现出500mAh/g的容量,在400个周期内完全保留,使用Li-de-alloying,Li-de-insertion和Li-de-intercalation.
- 全电池的初始容量在C/5时超过1000 mAh/gS,在400个循环后容量保留约40%,即使活性物质负载高 (高达3 mg/cm2).
结论:
- 开发的离子电池利用离子阳极电化学而不是金属,代表了传统Li-S电池的一个有希望的可扩展的替代方案.
- 和MnO2阴极添加剂的组合有效地提高了硫的利用率,并抑制了多硫化物损失.
- 阴极和阳极组件的强大性能和稳定性表明,它们具有显著的潜力,可以扩展到实际的袋式或圆柱形电池中.
