该工作受凝血与溶栓机制启发,巧妙地将氮掺杂碳量子点(N-CDs) 作为添加剂加入电解液中,作为多硫化锂凝结因子能够使得溶出的多硫化物快速凝结,原位形成可恢复性保护层。放电过程中生成的多硫化物与电解液中的N-CDs相互作用,在硫正极表面形成多硫化物/N-CDs凝结层,从而阻止了后续多硫化物的溶解和扩散,固化了硫正极。尽管硫正极在放电过程中可能会破坏最初的凝结层,导致多硫化物扩散,但是高度分散的N-CDs可以快速捕捉溶出的多硫化物并且修复这个缺口。在完全放电时,多硫化物/N-CDs凝结层中的多硫化物被原位还原为Li2S,此时N-CDs作为成核位点进一步促进硫化锂晶体生长,凝结层暂时消失。在充电过程中,凝结层的演变是完全可逆的。放电/充电过程类似于血管内血栓的形成和血栓的溶解,其中N-CDs充当活化的血小板,多硫化物/N-CDs凝结层可在硫正极表面反复产生和溶解,有效地固化了多硫化物,抑制了“穿梭效应”,提高了电化学性能。电化学测试表明,电池在0.5C下仍具有891 mAh g-1的可逆容量,库伦效率为99.5%,同时获得了高达6.0 mAh cm−2的面容量。该工作为发展具有高能量密度和长循环寿命的锂硫电池提供了切实可行的策略,而且受凝血机制启发提出的多硫化物凝结因子概念也可以应用于其他电化学领域。
该工作得到了江苏省杰出青年基金和国家自然科学基金项目的支持。
文章来源:南京理工大学
朱俊武,男,1976年1月出生,南京理工大学化工学院教授、博士生导师。毕业于南京理工大学 材料学专业,获得博士学位。2016年4月入选2015年度“长江学者奖励计划”青年学者。2016年5月入选2015年度“中青年科技创新领军人才”。2018年5月,入选第三批国家“万人计划”科技创新领军人才。已在国内外期刊上发表50多篇学术论文,其中被SCI、EI收录30余篇,申请发明专利15项,已获授权6项,承担并参与了多项国家和省部级项目,获省部级鉴定6项,获国家科技进步二等奖1项,国防科技进步二等奖1项,江苏省科技进步二等奖1项,中国石油和化工协会科技进步一等奖1项。