北理工團隊在高性能鋰硫電池研究領域取得重要進展
發布日期：2022-06-01 供稿：化學與化工學院 攝影：化學與化工學院
編輯：隆哲源 審核：王振華 閱讀次數：
近日，北京理工大學化學與化工學院王振華教授和孫克寧教授團隊在構建高性能鋰硫電池方面取得重要進展，相關研究成果發表于國際頂級期刊Advanced Materials (影響因子30.849)，題目為《Catalytic Mechanism of Oxygen Vacancies in Perovskite Oxides for Lithium-Sulfur Batteries》。化學與化工學院博士研究生侯文爍為論文第一作者，王振華教授，孫克寧教授以及悉尼科技大學的汪國秀教授為通訊作者。
鋰硫(Li-S)電池具有較高的理論比能量(2600 Wh kg-1)，被認為是新一代二次電池的發展方向。但目前還存在一些問題限制了鋰硫電池的技術發展，如活性物質硫和放電產物硫化鋰的絕緣性；充放電過程中產生可溶性中間產物多硫化鋰(LiPSs)造成的穿梭效應；LiPSs轉化反應動力學緩慢導致的活性物質利用率低，電池容量迅速下降等問題。為了解決上述問題，需要從根本上抑制LiPSs的穿梭效應，提高LiPSs的轉化反應動力學。2020年，該團隊提出原位析出法制備了鈣鈦礦與納米金屬的異質結構(STO@Co)，通過吸附-催化協同作用有效抑制了多硫穿梭效應并促進了LiPSs的轉化，相關成果發表在頂級期刊Chem. Eng. J. (2020, 409:128079)。
在國家自然科學基金委的支持下，我校化學與化工學院王振華教授和孫克寧教授團隊在前期的研究基礎上，基于缺陷化學理論，選擇具有吸附性能和電化學穩定性的鈦酸鍶基鈣鈦礦氧化物作為基底材料，對鈦酸鍶基鈣鈦礦氧化物Sr0.9Ti1-xMnxO3-δ (STMnx) (x="0.1-0.3)進行了氧空位濃度的調控，改善其吸附-催化性能，實現了高性能鋰硫電池。以具有較高氧空位濃度的STMn0.3作為正極載體的鋰硫電池，在2C下進行1500次循環后仍可提供780 mAh g-1的高初始比容量和0.032%的低衰減率。這種氧空位的定量調控策略對缺陷材料的設計與調控具有啟發意義，可在鋰硫電池及相關儲能與轉換系統領域推廣應用。
鈣鈦礦氧化物STO3與STMnx (x="0.1-0.3)的電池性能圖
上述研究工作得到了國家自然科學基金項目以及化學電源與綠色催化北京市重點實驗室的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202202222
附作者簡介：
王振華，北京理工大學化學與化工學院黨委書記，長聘教授，博士生導師，現任化學電源與綠色催化北京市重點實驗室副主任，中國顆粒學會青年理事。長期從事新型電池材料的分子結構設計與界面調控、電子/離子在界面和體相的傳遞規律、能源材料的可控制備及構效關系等方面的研究，開發材料的規模化制備技術，研制高比能儲能器件及高效能量轉化裝置。發表SCI論文100余篇，曾獲國家技術發明二等獎（第二完成人）和教育部科技進步一等獎（第二完成人）。
孫克寧，北京理工大學特聘教授，博士生導師，教育部長江學者特聘教授、教育部創新團隊帶頭人，化學電源與綠色催化北京市重點實驗室主任。獲國務院特殊津貼，曾入選國家級人才項目。主要從事電化學、新能源材料領域的交叉研究，在能源的存儲與轉化領域取得了一系列成果。牽頭獲得國家級獎勵3項，省部級獎勵8項。在Nature Commun, Adv Mater, Adv Energy Mater.等國際學術期刊發表論文340余篇，他引近6000次，主編學術著作2部，教材1部，獲得國家發明專利授權40項。
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