石墨烯釋放出鋰硫電池的前景

許多電池科學(xué)家對(duì)鋰硫電池的潛力感興趣，因?yàn)橹辽購(gòu)睦碚撋现v，它們以相對(duì)較低的成本提供高能量密度。然而，鋰硫電池面臨許多挑戰(zhàn)，包括硫的低導(dǎo)電率和在放電循環(huán)期間陰極尺寸顯著膨脹的趨勢(shì) - 這種趨勢(shì)阻止陰極材料像電池一樣密集地堆積在電池中?？茖W(xué)家們想。

為了解決這些問題并使鋰硫電池更接近現(xiàn)實(shí)，美國(guó)能源部(DOE)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校(UIC)和俄勒岡州立大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的由硫化鋰制成的陰極材料由石墨烯封裝。

為了制造陰極材料，Argonne化學(xué)家Jun Lu和Khalil Amine加熱鋰金屬，然后將其暴露于二硫化碳?xì)怏w，這是一種常見的工業(yè)溶劑。硫化鋰的產(chǎn)生以及石墨烯封裝是自發(fā)發(fā)生的。

“這是一個(gè)非常美妙的反應(yīng)，因?yàn)樗恍枰徊郊纯蓜?chuàng)造出一種常見的化合物，”盧說。“對(duì)于硫化鋰電極來說，這種設(shè)計(jì)似乎非常有趣，因?yàn)樗哂懈叩膶?dǎo)電性，穩(wěn)定性和負(fù)載。最重要的是，這種反應(yīng)可以很容易地?cái)U(kuò)大到工業(yè)生產(chǎn)中。”

該研究發(fā)表在Nature Energy上，有助于解決鋰硫電池面臨的一些挑戰(zhàn)。首先，由于硫化鋰正極材料已經(jīng)含有鋰(就像它處于完全放電狀態(tài)一樣)，阿貢科學(xué)家預(yù)計(jì)在循環(huán)過程中體積不會(huì)在陰極中膨脹。

由于其緊湊性和增強(qiáng)的導(dǎo)電性，石墨烯包裹的硫化鋰復(fù)合材料允許高質(zhì)量負(fù)載 - 這將決定鋰硫電池可能的實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。另外，硫化鋰陰極可以與非鋰金屬陽(yáng)極耦合，這可以避免在許多鋰 - 陽(yáng)極基電池中形成枝晶的問題。

該材料使用Argonne的納米材料中心的透射電子顯微鏡和Argonne的Advanced Photon Source的原位同步加速器X射線技術(shù)進(jìn)行研究，這些技術(shù)是DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室。