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基于金属二硫化钼纳米片的高性能锂硫电池

吉雁鹏
导读 为了减少碳排放并仍然满足电子行业不断增长的需求,科学家们将需要开发更耐用、更可持续且可以储存更多能量的替代电池技术。近年来,他们一...

为了减少碳排放并仍然满足电子行业不断增长的需求,科学家们将需要开发更耐用、更可持续且可以储存更多能量的替代电池技术。近年来,他们一直在尝试使用不同的材料组合开发替代电池技术。

迄今为止,被证明最有前途的电池技术是锂硫(Li-S)电池,它含有硫阴极和锂金属阳极。这些电池可以克服与锂离子电池(LiB)转化反应相关的一些限制,最终实现更高的能量密度。

尽管它们可能具有优势,但迄今为止推出的许多Li-S电池设计尚未达到预期的效果。其中一个原因是电池中的硫需要加载到导电主机上,这通常基于电解质(例如,大多数碳)润湿不良的材料。这会损害锂离子在电池中的扩散,从而降低其整体容量和性能。

剑桥大学和法拉第研究所的研究人员最近开发了高性能Li-S电池,使用锂化金属1T相二硫化钼纳米片(LixMoS2).他们的设计在Nature Energy上发表的一篇论文中概述,为创建可以存储更多能量的下一代电池解决方案提供了巨大的希望。

“我们最近的论文是关于一种Li-S电池的新材料,它可以带来卓越的能量密度,”进行这项研究的研究人员之一Zhuangnan Li告诉Tech Xplore。“它基于二维材料的金属相,我们的研究小组已经研究了10多年。

李和他的同事介绍的电池设计建立在剑桥大学研究人员之前的努力之上。更具体地说,该团队开发了基于Li的非常有前途的电极。xMoS2纳米片,用于制造具有许多有利特性和特性的Li-S电池。

“我们设计的关键点是使用最少量的电解液,同时保持电池正常运行,”李解释说。“这要求硫主体材料具有高导电性、密度、润湿性、吸附极性和催化活性等特性。

研究人员发现,他们的锂化纳米片显着改善了多硫化锂的吸收,同时也增强了锂离子的传输,加速了电化学反应和提高电催化活性,从而支持了Li-S电池中多硫化物的转化。这些优点相结合,产生了441 Wh kg的显着能量密度−1和 735 瓦时升−1,允许电池在 200 次工作循环后保留 85.2% 的容量。

“这项工作中展示的高能量和长寿命Li-S电池在创造下一代储能设备方面具有巨大潜力,”李补充说。“我们现在计划提供更多的基础知识,并将其转化为商业上可行的电池技术。

在最初的试验中,这组研究人员引入的新型Li-S电池设计取得了非常有希望的结果,表明它可以帮助实现更好的性能和更高的能量密度。Li及其同事目前正在进行进一步的评估,并探索他们的技术商业化的可能性。