嵌入-转换混合阴极实现Li-S全电池优异的质量与体积比能量

Intercalation-conversion hybrid cathodes enabling Li–S full-cell architectures with jointly superior gravimetric and volumetric energy densities.

Nature Energy, volume 4, pages374–382 (2019) 

Published: 25 March 2019

锂硫电池具有很高的理论能量密度2600Wh/kg，而且我们国家的硫矿丰富，因此受到了产业界的高度关注，但同时也遇到一些实际电池能量密度不高，容易老化等问题，研究者常常通过使用多孔材料或过量电解质来增加电池比能量。

美国麻省理工MIT与中科院某研究所合作，创新提出了一类嵌入-转换混合阴极，通过结合嵌入型的Mo₆S₈和转换型的硫来构成Li-S全电池。机械强度高的Mo₆S₈具有快速传输锂离子的能力，很高的电子导电性，有助于提高容量，对于锂的多硫化物具有高吸附性，因此，可作为理想的“骨架“来固定硫化物，从而释放出它们的高质量比能量。基于这种混合阴极组装的软包电池能够达到质量比能量 366 Wh /kg，同时达到体积比能量581 Wh/ l。

作者使用美国Gamry电化学仪器公司的Ref3000电化学工作站进行了循环伏安、交流阻抗测试，以及恒电流间歇滴定GITT。

循环伏安测试：揭示了反应的过程机理，曲线显示在充放电过程中存在多步氧化还原反应，并且高度可逆。

交流阻抗测试：对循环充放电前后的阴极进行了交流阻抗测试，通过模拟电路拟合分析其溶液电阻、阴极和阳极的表层电阻，以及阴极和电解质界面的电荷转移电阻，它们始终保持较低值，并且很稳定，说明整个回路传导很好。

恒电流间歇滴定GITT：对经过100次循环充放电的电池施加0.25mA/cm2的电流脉冲，保持10分钟，然后弛豫10min，直至放电完成。结果表明电池经过100次循环之后，状态保持良好。

该创新性的研究为未来开发新型高能量密度锂硫电池提供了一条全新的解决思路和切实可行的商业化技术方案。

美国Gamry电化学

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