锂电大牛,Arumugam Manthiram教授,最新锂硫电池成果!

锂电大牛,Arumugam Manthiram教授,最新锂硫电池成果!
第一作者:Tianxing Lai
通讯作者:Arumugam Manthiram
通讯单位:德克萨斯大学奥斯汀分校
锂电大牛,Arumugam Manthiram教授,最新锂硫电池成果!
论文速览
尽管锂硫电池是下一代二次电池有前途的解决方案,但在实现实际可行性之前,需要付出巨大努力来克服缓慢的硫氧化还原动力学、多硫化物穿梭和锂金属不稳定性的挑战。利用金属催化剂或可溶性氧化还原介质(RMs)的传统策略受到不切实际的生产工艺或令人满意的使用寿命限制。
本研究提出了一种新型的无金属电化学活性有机材料——PG-DAAQ,作为锂硫(Li-S)电池中的氧化还原介质(RM)。PG-DAAQ通过绿色简便的聚合过程合成,能够在硫的电位窗口内展现持久的氧化还原活性,从而增强硫的氧化还原动力学和利用率。
值得注意的是,PG-DAAQ对多硫化物(LiPS)具有出色的亲和性,能够抑制穿梭效应,并有助于在阳极形成更有利的固体电解质界面,以稳定锂的沉积。因此,采用PG-DAAQ的Li-S电池显示出比对照组电池显著提高的循环和倍率性能。即使在电解液与硫的比率(E/S)低至6的情况下,带有PG-DAAQ的软包电池在C/10倍率下经过100个循环后,可逆放电容量达到821 mA h g−1
图文导读
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图1:通过重氮化-偶联反应合成PG-DAAQ,并通过XRD和FTIR谱图证实了其结构和化学组成。
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图2:PG-DAAQ在不同扫描速率下的循环伏安曲线,以及与对照组电池相比,具有更高的响应电流和更小的过电位。
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图3:PG-DAAQ电池具有更低的活化能。
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图4:PG-DAAQ电池显示出更低的内阻,特别是在Li2S6成核和放电结束时。
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图5:a) 含有和不含 PG-DAAQ 的Li||S电池的倍率性能。d) 含有和不含 PG-DAAQ 的Li||S电池的循环性能。
总结展望
本研究成功开发了一种新型的无金属氧化还原介质PG-DAAQ,用于提高Li-S电池的硫转换动力学和循环稳定性。PG-DAAQ通过其与LiPS的强相互作用,显著提高了硫的利用率和电池性能。此外,PG-DAAQ还有助于在锂阳极形成更稳定的SEI层,从而提高电池的循环寿命。
这项工作不仅展示了PG-DAAQ在提高Li-S电池性能方面的潜力,也为开发新型有机氧化还原介体提供了新的思路,有望推动高能量密度金属-硫电池的发展。
文献信息
标题:Phloroglucinol–2,6-Diaminoanthraquinone as a Durable Redox Mediator for Enhancing Conversion Reaction Kinetics in Lithium-Sulfur Batteries
期刊:Advanced Functional Materials
DOI:10.1002/adfm.202405814

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