廈門大學化學化工學院董全峰教授課題組：鋰硫電池研究新進展

【成果簡介】

董全峰教授課題組在鋰硫電池研究中取得新進展，首次制備了非碳類介孔Co₄N微球作為硫復合電極基體材料，實現了高達95%的載硫量,并取得了優異的電化學性能。相關研究成果以“Co₄N nanosheets assembled mesoporous sphere as a?matrix for ultrahigh sulfur content lithium-sulfur batteries”為題發表在ACS nano上。

【圖文導讀】

圖1 鋰硫電池充放電過程中Co₄N球及其與LiPSs的相互作用的示意圖

圖2 性能表征結果

（a,b）Co₃O₄的SEM圖。

（c,d）Co₄N的SEM圖，d插圖中為Co₄N的HRTEM圖。

【研究內容】

作為新一代高比能化學電源，鋰硫電池受到持續的關注。課題組對這一體系開展了比較系統的工作，尤其是針對硫復合電極的功能化問題進行深入研究。前期研究中提出了硫復合電極基體材料的“多功能、雙催化”的概念，對有效提高硫材料利用率、抑制中間產物的穿梭效應、改善反應過程的動力學發揮了重要指導作用（EES, 2016, 9, 1998-2004）；在鋰硫電池的反應機理方面，結合原位拉曼研究，獲得了硫材料反應過程最直接的證據，并結合理論計算，通過對載硫基體材料的修飾可將硫放電最終產物通過充電完全回復至其放電初始狀態，實現了單質硫作為正極活性材料的完整充放電循環（Chem. Mater., 2015, 27, 2048?2055）。

然而，實現可超越現有鋰離子電池的高比能鋰硫電池的商業化應用，其硫復合電極的載硫量將是一個決定因素。現有硫復合電極的基體多采用碳基材料，其硫載量一般在70%左右。本研究的Co₄N基體材料對充放電過程中間多硫化物具有更強的親和性、更快的吸附速度、更高的吸附量，是一種理想的硫復合電極基體材料。

該研究工作主要由廈門大學化學化工學院2014級博士生鄧丁榕在董全峰教授和鄭明森副教授的指導下完成，博士生薛飛、葉建川、白成棟和碩士生賈月菊參與了部分工作。研究工作得到了科技部重大基礎研究計劃（973計劃，項目批準號：2015CB251102）、國家自然科學基金委（項目批準號：U1305246, 21321062）和中央高校基本科研業務費專項資金（項目批準號：20720150042）的資助。

原文鏈接：http://chem.xmu.edu.cn/show.asp?id=2186.

文獻鏈接：Co₄N nanosheets assembled mesoporous sphere as a?matrix for ultrahigh sulfur content lithium-sulfur batteries?(ACS nano., 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b01945)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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