在实用的硫电池中平衡阳极稳定性和阴极动力学,使用非化弱溶解溶剂
Zhicheng Wang1,2, Shixiao Weng3, Haiyang Zhang3,4
1Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering Key Laboratory for Renewable Energy, Beijing Key Laboratory for New Energy Materials and Devices, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190, China.
这项研究引入了一种用于硫 (Li-S) 电池的新型弱溶解电解质 (WSE),提高了阳极稳定性和阴极动力学. WSE显著提高了Li-S电池的性能和周期寿命.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 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,但面临Li-金属阳极稳定性和硫阴极动力学的挑战.
- 聚硫化物穿和非活性物种的形成降低了Li-S电池的性能和寿命.
研究的目的:
- 开发一种弱溶解电解质 (WSE),同时提高Li-S电池中的Li-金属阳极稳定性和硫阴极转换动力学.
- 研究WSE抑制聚硫化物穿并增强界面稳定性的机制.
主要方法:
- 使用1M二三甲硫化物 (LiTFSI) 在环甲基乙烯 (CPME) 中,用1,3-二醇 (DOL) 添加剂制备了一种WSE.
- 通过分析固体电解质介相 (SEI) 形成,评估了WSE对Li-金属阳极稳定性的影响.
- 通过检查阴极电解质间相 (CEI) 和硫碳 (S/C) 复合材料的转化动力学来评估阴极性能.
主要成果:
- 通过形成阴离子主导的Li+溶解结构,WSE有效地抑制了聚硫化物 (LiPSs) 的穿,从而导致Li-金属阳极上的稳定SEI.
- DOL添加剂促进了混合CEI,保持了阴极转换动力学,并防止了死Li2S的积累.
- 带有WSE的Li-S电池实现了高初始容量 (≈1208 mAh g-1),98.6%的平均库伦比克效率和82.4%的容量保留超过200个周期.
- 在苛刻的条件下,在一个Li-S囊细胞中证明了100个周期的稳定循环.
结论:
- 开发的WSE提供了一个有希望的策略,可以同时解决Li-S电池中的阳极和阴极挑战.
- 这种电解质设计提高了Li-S电池的性能,使其能够稳定高效地储存能量.
- 这些发现为高能Li-S电池的实际应用铺平了道路.
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