嵌入-轉換混合陰極實現Li-S全電池優異的質量與體積比能量

Intercalation-conversion hybrid cathodes enabling Li–S full-cell architectures with jointly superior gravimetric and volumetric energy densities.

Nature Energy, volume 4, pages374–382 (2019) 

Published: 25 March 2019

鋰硫電池具有很高的理論能量密度2600Wh/kg，而且我們國家的硫礦豐富，因此受到了產業界的高度關注，但同時也遇到一些實際電池能量密度不高，容易老化等問題，研究者常常通過使用多孔材料或過量電解質來增加電池比能量。

美國麻省理工MIT與中科院某研究所合作，創新提出了一類嵌入-轉換混合陰極，通過結合嵌入型的Mo₆S₈和轉換型的硫來構成Li-S全電池。機械強度高的Mo₆S₈具有快速傳輸鋰離子的能力，很高的電子導電性，有助于提高容量，對于鋰的多硫化物具有高吸附性，因此，可作為理想的“骨架“來固定硫化物，從而釋放出它們的高質量比能量。基于這種混合陰極組裝的軟包電池能夠達到質量比能量 366?Wh?/kg，同時達到體積比能量581?Wh/?l。

作者使用美國Gamry電化學儀器公司的Ref3000電化學工作站進行了循環伏安、交流阻抗測試，以及恒電流間歇滴定GITT。

循環伏安測試：揭示了反應的過程機理，曲線顯示在充放電過程中存在多步氧化還原反應，并且高度可逆。

交流阻抗測試：對循環充放電前后的陰極進行了交流阻抗測試，通過模擬電路擬合分析其溶液電阻、陰極和陽極的表層電阻，以及陰極和電解質界面的電荷轉移電阻，它們始終保持較低值，并且很穩定，說明整個回路傳導很好。

恒電流間歇滴定GITT：對經過100次循環充放電的電池施加0.25mA/cm2的電流脈沖，保持10分鐘，然后弛豫10min，直至放電完成。結果表明電池經過100次循環之后，狀態保持良好。

該創新性的研究為未來開發新型高能量密度鋰硫電池提供了一條全新的解決思路和切實可行的商業化技術方案。

美國Gamry電化學

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