近日，錢逸泰院士團(tuán)隊(duì)熊勝林教授組在鋰硫電池正極材料方面又取得重要研究進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Sole Chemical Confinement of Polysulfides on Nonporous Nitrogen/Oxygen Dual-Doped Carbon at the Kilogram Scale for Lithium–Sulfur Batteries”為題目在線發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater., 2016, early view, DOI: 10.1002/adfm.201604265; I.F. = 11.805）。該研究論文的第一作者是我院2014級博士生弭侃，這也是該同學(xué)在該領(lǐng)域發(fā)表的第二篇AFM。
相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池，鋰硫電池所采用的正極活性物質(zhì)硫單質(zhì)由于具有儲量豐富，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)且它的理論比容量和能量密度可高達(dá)1672 mAh g?1和2600 Wh kg?1，故而，它被認(rèn)為是一種極有潛力的二次鋰離子電池并受到各國研究者的青睞?，F(xiàn)階段，鋰硫電池真正的商業(yè)化應(yīng)用依然被一些亟待解決的問題所阻礙，如硫單質(zhì)導(dǎo)電性差，多硫化物在充放電過程中的擴(kuò)散穿梭及正極材料的體積膨脹等。針對上述問題，各類形貌的載體材料（如多孔碳材料，極性氧化物等）被設(shè)計(jì)并用以提高鋰硫電池的循環(huán)性能。然而，不論是依靠物理毛細(xì)吸附作用的多孔碳載體亦或是通過表面化學(xué)吸附的極性金屬氧化物或功能化修飾的碳材料，在載體材料的大規(guī)模制備方面都存在一些尚未克服的問題。如在制備高比表面積載體材料和表面改性的過程中，一些必要但繁瑣的步驟往往被采用，這不僅浪費(fèi)了原料和時(shí)間，提高了制備成本，而且就生產(chǎn)規(guī)模來說，鮮有文獻(xiàn)報(bào)告硫的載體可以達(dá)到公斤級的制備，這無疑限制了鋰硫電池的市場化發(fā)展。因此，尋找制備一類載體材料，使它原料廉價(jià)易得，制備過程簡單方便并可量產(chǎn)，對于鋰硫電池的市場化開發(fā)就變得十分迫切和必要。
基于上述問題，為了解決市場化需求，熊勝林教授課題組利用價(jià)廉易得的聚乙烯吡咯烷酮和葡萄糖為原料公斤級的合成了一種富含氮氧雙異質(zhì)原子摻雜的碳材料（NONPCM-K），利用該碳材料作為硫的載體（NONPCM-K/S-70），在高載硫量的情況下，其電池測試展示了優(yōu)異的的長循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。在1 C的電流密度下循環(huán)300圈后，其可逆容量保持在540 mAh g-1，所對應(yīng)的每圈容量衰減率僅為0.058%。以此類碳材料作為鋰硫電池的載體并純粹的通過表面化學(xué)吸附來固硫的報(bào)道在現(xiàn)階段還未有報(bào)告。它的優(yōu)點(diǎn)在于：（I）相對于依靠毛細(xì)吸附作用的載體材料來說，該類碳材料省略了高孔容制備過程中繁雜的步驟，而且實(shí)現(xiàn)了公斤級制備；同時(shí)，由于硫單質(zhì)都吸附在載體的表面，不存在硫單質(zhì)在充放電過程中體積膨脹所造成的載體孔道坍塌的現(xiàn)象。（II）與提供化學(xué)吸附的過渡金屬氧化物/碳化物/氮化物相比，該類碳材料來源更廣泛，成本更低廉，且導(dǎo)電性更高，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步的規(guī)?；苽浜托阅軆?yōu)化正在進(jìn)一步的研究中。
2016年，該課題組在功能化碳及其復(fù)合結(jié)構(gòu)材料與電化學(xué)性質(zhì)研究方面取得了一些列成果，在Energy Environ. Sci. (2016，9，1430-1438)、Adv. Funct. Mater. ( 2016, 26, 1571-1576.; 2016, 26, early view, DOI: 10.1002/adfm.201604265), J. Mater. Chem A和Nanoscale等發(fā)表論文10篇。上述系列研究得到國家面上項(xiàng)目，山東省自然科學(xué)杰出青年基金和山東大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的支持。
附文論鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201604265/full。
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