科技日報12月3日報道，南開(kāi)大學(xué)牛志強、王一菁研究員聯(lián)合清華大學(xué)張強教授通過(guò)隔膜改性，將氮化銦納米線(xiàn)引入到鋰-硫電池中，雙功能的氮化銦改性隔膜猶如“豎起”的高墻，有效地抑制鋰硫電池“穿梭效應”，實(shí)現了電池循環(huán)壽命顯著(zhù)提升。相關(guān)成果已在12月的《美國化學(xué)學(xué)會(huì )·納米材料》上發(fā)表。

鋰離子電池已經(jīng)得到廣泛的應用。然而現行鋰離子電池的能量密度依然不足以滿(mǎn)足許多應用需求，而鋰-硫電池由于具有極高的理論比容量，并且硫含量豐富，價(jià)格低廉而備受關(guān)注。但鋰-硫電池在其在電化學(xué)過(guò)程中，在硫正極和鋰負極之間溶解的多硫化物引起的“穿梭效應”及其動(dòng)力學(xué)轉化緩慢嚴重降低了活性硫的利用率，從而導致容量的快速衰，大大降低了鋰-硫電池的使用壽命。

“所謂‘穿梭效應’，指的是在充放電過(guò)程中，正極產(chǎn)生的多硫化物中間體溶解到電解液中，并穿過(guò)隔膜，向負極擴散，與負極的金屬鋰直接發(fā)生反應，最終造成了電池中有效物質(zhì)的不可逆損失、電池壽命的衰減、低的庫倫效率?！迸Ｖ緩娊榻B，目前，人們已經(jīng)采取各種方法去改善上述問(wèn)題，其中最普遍的策略是采用具有高比表面積的納米結構碳材料，通過(guò)物理限制作用進(jìn)行多硫化鋰的捕獲；或是使用極性材料通過(guò)化學(xué)相互作用進(jìn)行多硫化鋰的捕獲。

盡管如此，但碳的非極性通常導致循環(huán)性能不佳，極性材料的低電導率導致硫的利用率低，倍率性能差。因此有必要開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單但可以顯著(zhù)提高硫正極的循環(huán)性能，同時(shí)保持良好倍率性能的有效材料制備方法，這對于實(shí)現長(cháng)循環(huán)壽命的鋰硫電池來(lái)說(shuō)是十分重要的。

“氮化銦的銦陽(yáng)離子和富電子氮原子通過(guò)強的化學(xué)鍵合作用捕獲生成的多硫化物；同時(shí)，氮化銦表面的快速電子轉移提高了多硫化物的動(dòng)力學(xué)轉化過(guò)程，這樣，雙功能的氮化銦改性隔膜猶如一道墻，可有效地抑制鋰硫電池中的‘穿梭效應’?！迸Ｖ緩娊榻B，具有氮化銦改性隔膜的鋰-硫電池表現出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，在1000次循環(huán)后每個(gè)循環(huán)的容量衰減僅有0.015%，該研究為下一步開(kāi)發(fā)高穩定性鋰-硫電池奠定了基礎。

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