詹亮等：锂硫电池研究新进展

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近日，国际知名学术期刊Advanced Materials以“P-doped NiTe2 with Te-vacancies in Lithium-Sulfur Batteries Prevents Shuttling and Promotes Polysulfide Conversion”为题，在线报道了我校化工学院功能炭材料研究团队在锂硫电池领域研究的新进展。
       锂硫电池因硫的低成本、超高的理论容量（1675mAh g-1）及其高能量密度（2600Wh Kg-1）优势被学术界和产业界公认为是继锂离子电池之后最具应用前景的电化学储能体系之一。由于放电产物多硫化锂易溶于醚类电解液且商用聚丙烯隔膜的孔径（50~500nm）远大于多硫离子（Sx2-，x=4~8）的动力学直径（>1.6nm），多硫化锂会在充放电过程中发生“穿梭效应”，进而影响炭黑/S正极的长循环稳定性和大电流倍率性能。

       针对这一关键问题，功能炭材料研究团队合成了一种具有Te空位、P掺杂的碲化镍电催化剂 (P@NiTe2-x)，将其负载在生物质多孔碳(MSC)纳米片上用作锂硫电池的隔膜修饰层(MSC/P@NiTe2-x)。P@NiTe2-x电催化剂较好的本征导电性及其独特的孔结构和化学活性位，不仅对多硫化锂的“穿梭效应”具有较好的抑制作用，而且能促进多硫化锂进行催化转化，进而有效提高多硫化锂在长循环过程中的利用率。采用球差电镜（AC-STEM）、同步辐射X射线吸收谱（XANES/EXAFS）、原位拉曼光谱（in-situ Raman）、非原位X射线吸收光谱（ex-situ XAS）和DFT模拟计算，证实了Te空位的存在，并揭示了其对多硫化锂“穿梭效应”的抑制机制和催化作用机理。当MSC/P@NiTe2-x用作锂硫电池的隔膜修饰层时，展现出优异的电化学性能。其中，（1）4C电流密度下循环1800次后炭黑/S正极的可逆容量高达637 mAh g-1，容量衰减率仅为0.0139%每循环；（2）6 C电流密度下，可逆容量高达726 mAh g-1；（3）在10.2 mg cm-2高硫负载和低电解质/硫比率（E/S= 3.9）情况下，面积比容量高达8.47 mAh cm-2。该研究表明，空位诱导的异质原子掺杂有助于提高锂硫电池的循环稳定性和大电流倍率性能；同时，也为其它储能器件的电催化剂设计提供思路。
        化工学院詹亮教授和北京理工大学陈人杰教授为该论文通讯作者，我校博士研究生姚伟奇和新加坡国立大学田成祥博士研究生为该论文共同一作。该论文得到了国家自然科学基金等项目资助。
        原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202106370


       文章来源：华东理工大学
       詹亮:教授，博导。2003年毕业于中国科学院山西煤炭化学研究所，获博士学位；2003年～至今，任职于华东理工大学；2011-2012年：到美国Rice University做访问学者。同时担任“江南石墨烯研究院”学委会委员、“上海浦东新区科技发展基金”专家。主要从事碳质功能材料的结构控制及其在新能源、环境、医药、电子、军工等领域中的应用基础研究。共承担国家自然科学基金2项、国家863重点项目子课题1项、校企合作项目10项；参与国家自然科学基金重点项目2项、上海市重大基础项目2项、国家科技计划支撑项目2项。目前，在Advanced materials等国内外核心期刊发表学术论文65篇，其中SCI论文46篇。
        陈人杰，教授、博导，国家部委能源专业组委员、中国材料研究学会理事（能源转换与存储材料分会秘书长）、中国固态离子学会理事、国际电化学能源科学院（IAOEES）理事、中国化工学会化工新材料专业委员会委员、中国电池工业协会全国电池行业专家。主要从事多电子高比能二次电池新体系及关键材料、新型离子液体及功能复合电解质材料、特种电源用新型薄膜材料与结构器件、绿色二次电池资源化再生等方面的教学和科研工作。主持承担了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、“863”计划项目、中央在京高校重大成果转化项目、北京市科技计划项目等课题。在Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、National Science Reviews、Advanced Materials、Nature Communications、Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Functional Materials、Energy Storage Materials等期刊发表SCI论文200余篇；申请发明专利96项，获授权42项；获批软件著作权10项，出版学术专著2部（《先进电池功能电解质材料》，科学出版社，2020年，书号：ISBN 978-7-03-060719-5；《多电子高比能锂硫二次电池》，科学出版社，2020年，书号：ISBN 978-7-03-060718-8）。获得国家技术发明二等奖1项、部级科学技术一等奖4项。入选教育部长江学者特聘教授、北京高等学校卓越青年科学家、中国工程前沿杰出青年学者、英国皇家化学学会会士、科睿唯安2020“全球高被引科学家”。