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武漢大學(xué)Adv Mater綜述：發(fā)展電化學(xué)穩(wěn)定的實(shí)用硫電極

納米技術(shù) 納米 2023-10-23

人們認(rèn)為Li-S電池可能是后鋰離子電池的重要技術(shù)，但是現(xiàn)有的Li-S電池的能量密度和循環(huán)性能難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。雖然人們報(bào)道了許多具有高容量和循環(huán)穩(wěn)定性的S電極和Li電極，但是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室和工業(yè)化之間具有較大的差別，導(dǎo)致目前仍難以得到實(shí)用性Li-S電池。實(shí)驗(yàn)室研究通常使用薄膜電極，其中的硫擔(dān)載量較低，同時(shí)電解液/硫的比例較高，但是具有實(shí)用性的電極需要厚度腳后的電極和較高的硫擔(dān)載量，以及較低的電解液/硫的比例，從而保證Li-S電池實(shí)現(xiàn)較高的能量密度。

有鑒于此，武漢大學(xué)艾新平、楊漢西等首先總結(jié)Li-S電池的硫電極相關(guān)進(jìn)展，隨后從多孔電極的極化理論方式總結(jié)常見的硫電極的溶解/沉積機(jī)理，討論構(gòu)筑具有電化學(xué)穩(wěn)定性電極的方法。

主要內(nèi)容

（1）

常用的“溶解/沉積”機(jī)理很難用于循環(huán)穩(wěn)定的S/C電極，因?yàn)長iPS中間體不可避免的發(fā)生溶解，導(dǎo)致S在碳基質(zhì)中的重新分散，電極容易形成孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致S/C電極的突發(fā)失活。通過全固態(tài)設(shè)計(jì)方式能夠避免形成LiPS中間體，但是全固態(tài)設(shè)計(jì)不合適用于發(fā)展高能量密度Li-S電池，因?yàn)槠渲芯哂蟹磻?yīng)性的界面產(chǎn)生絕緣性和低密度的S，需要大量的導(dǎo)電材料，因此降低S含量非常低，S電極的比容量降低。控制界面的穩(wěn)定性也是非常大的挑戰(zhàn)，因?yàn)殡姵匮h(huán)過程中面臨著巨大的體積變化。

（2）

相比而言，“準(zhǔn)固態(tài)反應(yīng)”機(jī)理有助于發(fā)展高容量和循環(huán)穩(wěn)定好的硫電極，這種機(jī)理結(jié)合了液體電解液較高的硫利用率和固體電解液的循環(huán)穩(wěn)定性，這種機(jī)理能夠讓硫在液相電解液中通過固相轉(zhuǎn)變的方式進(jìn)行硫的氧化還原反應(yīng)。實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)固態(tài)反應(yīng)”的方法存在兩種方法：一種方法是將S化學(xué)結(jié)合在聚合物骨架上，另一種方法是在S/C電極上形成保護(hù)性的SEI層結(jié)構(gòu)，從而避免S直接與液體電解液的接觸。