全南大学/汉阳大学Adv. Sci.: 共价固定硫聚丙烯腈复合材料作为金属硫电池先进正极的多尺度理解

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金属硫电池 (MSB) 由于其高比容量而成为下一代储能系统有希望的候选者。与硫基电极相比，SPAN 被证明具有独特的特性，例如高硫利用率和更低的LiPS溶解度。
然而，由于SPAN结构中的硫负载量低、化学结构存在争议以及反应机制不确定，基于SPAN的电池的循环寿命和能量密度较差。
全南大学/汉阳大学Adv. Sci.: 共价固定硫聚丙烯腈复合材料作为金属硫电池先进正极的多尺度理解
在此，韩国全南大学Jaekook Kim, Jang-Yeon Hwang以及汉阳大学Yang-Kook Sun等人回顾并总结了SPAN电极的最新应用，同时强烈强调了对其电化学机制的研究和先进化合物的设计是实现实际应用的基础，应该深入尝试理论计算和实验方法的协同组合。
纳米尺度的原位/非原位表征对于全面了解在循环过程中反应机制是必不可少的，化学结构的优化以及化学键合性质的优化以及SPAN主链整体硫的利用研究也是必要的。
图1. SPAN复合材料的合成示意图及电化学性能
作者认为，包含新的官能团和粘结剂添加剂保持电接触以及通过新的3D结构设计提高电化学反应的动力学是发展具有高容量和实际能量密度SPAN电极的方向。
在此，作者将SPAN电极研究面临的挑战和前景总结如下：
1）结构优化；
2）增加SPAN结构中的硫负载；
3）加强反应机理的研究；
4）适用电解质研究；
5）高性能负极材料（如无枝晶）的开发等。
全南大学/汉阳大学Adv. Sci.: 共价固定硫聚丙烯腈复合材料作为金属硫电池先进正极的多尺度理解
图2. SPAN电极的合成途径及其在金属硫电池中的应用
Multiscale Understanding of Covalently Fixed Sulfur-Polyacrylonitrile Composite as Advanced Cathode for Metal-Sulfur Batteries, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202101123

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