一级黄色网站在线视频看看,久久精品欧美一区二区三区 ,国产偷国产偷亚洲高清人乐享,jy和桃子为什么绝交,亚洲欧美成人网,久热九九

研究背景

阻礙固態鋰-硫電池發展的因素包括元素硫的電子導電性差、硫與其他成分之間的電荷轉移有限、固態電解質相間層（SEI）不穩定以及鋰枝晶的生長。這些挑戰影響了電池的性能，導致容量降低、循環穩定性差、極化加劇，以及由于可能形成枝晶而產生的安全問題。

關鍵問題

使用無機固體電解質的固態鋰-硫電池面臨著以下兩個挑戰：

導電性差:

這些電池完全依靠固體電解質、導電碳和硫之間的界面來傳輸電荷，因此這些界面的導電性和穩定性至關重要。

硫在循環過程中體積膨脹大:

硫的絕緣性能及其轉化為 Li₂S 時的顯著體積膨脹會導致固/固界面失效，造成容量衰減和性能下降。

新思路

近日，美國加州大學圣地亞哥分校劉平教授和Shyue Ping Ong教授團隊發現了一種在晶體硫結構中插入了I₂的S_9.3I分子晶體，該晶體在 25 °C 時表現出半導體水平的電導率（約5.9 × 10^?7 S cm^?1）；比硫本身增加了11個數量級。碘將新的態引入硫的帶隙中，并促進電化學循環過程中反應性多硫化物的形成。此外，該材料具有約 65°C的低熔點，可以通過定期重熔正極材料來修復因循環而損壞的界面。結果，Li-S_9.3 I電池表現出400次穩定循環，比容量保持率為87%。

技術優勢：

作者設計了Swagelok電池，用于防止液態陰極在高溫下流入固態電解質層，并開發硫化鋰磷（LPS）致密層，防止液化陰極材料擴散，同時考慮了其高粘度。在不同溫度下進行電化學測試，評估固態鋰金屬電池的長期循環穩定性，研究在鋰金屬陽極上使用保護性中間膜，以提高電池的性能和安全性，滿足鋰硫電池對高能量密度和可逆性的需求。這些挑戰反映了開發先進鋰硫電池技術所涉及的復雜性，并突出了為克服這些障礙而在材料合成、電池設計和電化學表征方面做出的多學科努力，以及在這些方面展現出作者團隊獨有的技術優勢。    

研究內容

S_9.3I的結構和性能表征

作者在以 Li₃PS₄ (LPS)為電解質的固態電池中評估 S_9.3I的性能有以下幾個重要的地方。

陰極復合材料熔化：陰極復合材料在 100℃ 溫度下熔化，以實現與固態電解質（LPS）的良好界面接觸。這一熔化過程對于確保陰極與固態電解質之間的良好接觸至關重要，而這對于電池的性能至關重要。

使用Li₃PS₄（LPS）作為電解質：選擇 LPS 作為電池的固態電解質。值得注意的是，LPS 對整個系統的容量貢獻有限，這表明它主要起電解質的作用，而不是儲能容量的主要貢獻者。

超級 P 碳 (SP) 作為中間層：超級 P 碳（SP）被用作鋰和固體電解質之間的中間層，以防止鋰枝晶的生長。這是一個重要的安全和性能考慮因素，因為鋰枝晶的形成會導致安全隱患和電池性能下降。

穩定的電池設計：S_9.3I 的高粘度可防止液化 S_9.3I 陰極的泄漏和擴散，從而使電池在高于 S_9.3I 熔點的條件下穩定運行。此外，電池設計還采用了防止液態陰極流入固態電解質層的措施，從而確保電池在運行期間的完整性和穩定性。

隨溫度變化的性能：對電池在不同溫度下的性能進行了評估，當工作溫度從 25℃升至 100℃時，比容量從 811.8mAh g^-1 到 1211.3mAh g^-1 不等。這表明電池動力學和容量與溫度有關，溫度越高，性能越好。

圖1 S_9.3I的結構和性能表征

S_9.3I和單質S陰極的電化學性能對比

S_9.3I 陰極和元素 S 陰極的比容量和工作機制有很大不同。S_9.3I 陰極在其差異容量分析曲線中顯示出兩個不同的氧化還原反應高原，表明存在兩種工作機制和多硫化物中間體。相比之下，S元素陰極只顯示出一個氧化還原反應高原，表明其工作機制不同，且不存在多硫化物中間體。與元素S陰極相比，S_9.3I陰極即使在高放電速率下也能提供更高的比容量，并且具有更穩定的長期循環性能。

這些差異對固態鋰-硫電池的性能具有重要影響。與元素 S 陰極相比，S_9.3I 陰極具有更高的比容量、穩定的循環性能以及在不同溫度下更好的動力學性能，因此更有希望成為固態鋰-硫電池的候選材料。S_9.3I陰極的獨特工作機制和多硫化物中間體的存在使其具有更高的比容量和穩定性，這對于固態鋰-硫電池的實際應用至關重要。

圖2 固態Li-S電池中S_9.3 I和單質S陰極的電化學性能

S_9.3I陰極在25℃下的工作狀態

作者利用各種技術，包括S K邊 X 射線吸收光譜 (XAS)、X 射線光電子能譜 (XPS)、拉曼光譜、電子順磁共振 (EPR)、紫外可見光 (UV-Vis) 光譜和電化學阻抗能譜 (EIS)，對 S_9.3I 陰極的工作機制進行了探究。結果表明，S_9.3I 陰極在放電和充電循環過程中表現出良好的可逆性和穩定性。S K邊XAS 和 XPS 結果表明，S₈中的SS *特征在放電過程中轉移到較低能級，這與 Li₂S 和長鏈 LiSx 的形成相對應，而這一過程在充電時是完全可逆的。原位拉曼光譜和 EPR 光譜進一步證實了這種可逆性，表明 S_9.3I 陰極在室溫下具有良好的可逆性。此外，四氫呋喃（THF）溶液的紫外可見（UV-Vis）光譜分析和 XRD 分析證實了化學鋰化 S_9.3I 中存在 Li₂S。EIS 結果也證實，S_9.3I 比 S 的電極動力學增強，表明電化學反應動力學加快。總之，這些研究結果表明，S_9.3I 陰極在放電和充電循環中表現出良好的可逆性和穩定性，使其成為固態鋰硫電池的理想候選材料。    

圖3 Li-S_9.3I電池中S_9.3I陰極在25℃下的工作機制

熔體驅動的原位界面修復

作者利用橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）研究了陰極/電解質界面在循環過程中的演變。最初，S_9.3I 陰極與固體電解質 Li₃PS₄（LPS）的界面接觸非常緊密。在25℃下循環 50 次后，觀察到界面空隙，這可能是由于陰極在循環過程中發生了體積變化。陰極層的厚度也在增加，這表明陰極復合材料內部存在孔隙。不過，電極在加熱到100℃并冷卻到 25℃后，會發生熔體驅動的原位界面修復。掃描電鏡圖像和電化學阻抗譜（EIS）結果證實，這一修復過程有效地修復了陰極界面。熔體驅動的原位界面修復對固態鋰-硫電池中 S_9.3I 陰極的穩定性和循環性能具有重要影響。原位修復過程有助于減輕陰極界面的降解，從而提高循環穩定性和容量保持率。通過在 100℃下短暫重熔陰極，然后在 25℃下再次循環，可恢復電池的全部容量，并可在電池壽命期間定期進行原位修復。這種方法可使電池保持高容量（400 次循環后保持率為 87%），平均庫侖效率約為 99.8%。    

圖4 通過重熔修復 Li-S_9.3I電池中的S_9.3I陰極/LPS固體電解質界面

總結展望

總的來說，美國加州大學圣地亞哥分校劉平教授和Shyue Ping Ong教授等人通過解決界面穩定性、導電性和熱管理等關鍵難題，這些特性共同促進了 S_9.3I 作為陰極材料的潛力，從而推動了 SSLSBs的實際實現。S_9.3I 的低熔點和導電性使其能夠修復損壞的界面，而熱穩定性則確保了其長期性能。此外，增強的界面接觸有助于緩解體積變化，促進穩定的循環，最終提高電池性能和壽命。

參考文獻：

Jianbin Zhou, Manas Likhit Holekevi Chandrappa, Sha Tan, Shen Wang, Chaoshan Wu, Howie Nguyen, Canhui Wang, Haodong Liu, Sicen Yu, Quin R. S. Miller, Gayea Hyun, John Holoubek, Junghwa Hong, Yuxuan Xiao, Charles Soulen, Zheng Fan, Eric E. Fullerton, Christopher J. Brooks, Chao Wang, Rapha?le J. Clément, Yan Yao, Enyuan Hu, Shyue Ping Ong* & Ping Liu*. Healable and conductive sulfur iodide for solid-state Li–S batteries, Nature (2024).

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07101-z