【摘 要】
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锂硫、铝硫等金属-硫电池由于具有极高的能量密度,有望满足高速发展的移动电子、电动汽车等行业对高容量电池的迫切需求.然而,基于碳硫正极的锂硫电池存在严重的穿梭效应,造成容量衰减和库伦效率下降.实验表明,将氮掺杂碳材料与硫复合用作正极1,2,可有效抑制多硫穿梭,显著提升锂硫电池性能,但其微观机制尚不清楚.基于密度泛函理论计算,以石墨烯为模型,系统研究了不同氮掺杂的热力学稳定性及其与多硫化锂的相互作用.
【机 构】
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中国科学院金属研究所,沈阳材料科学国家(联合)实验室
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锂硫、铝硫等金属-硫电池由于具有极高的能量密度,有望满足高速发展的移动电子、电动汽车等行业对高容量电池的迫切需求.然而,基于碳硫正极的锂硫电池存在严重的穿梭效应,造成容量衰减和库伦效率下降.实验表明,将氮掺杂碳材料与硫复合用作正极1,2,可有效抑制多硫穿梭,显著提升锂硫电池性能,但其微观机制尚不清楚.基于密度泛函理论计算,以石墨烯为模型,系统研究了不同氮掺杂的热力学稳定性及其与多硫化锂的相互作用.计算发现,只有团簇化吡啶氮可有效锚固多硫化锂,从而抑制穿梭效应3.并基于理论计算,预测类石墨氮化碳和金属氮化物(如氮化钒等)对多硫化锂具有强吸附作用,可抑制多硫穿梭从而提高电池循环稳定性4,5.对于铝硫电池来说,尽管采用离子液体为电解液,其充放电可逆性仍然极差.考虑到该电解液中的活性离子Al2Cl7-的化学稳定性高,基于理论计算,提出将该阴离子中的桥Cl置换为桥Br,降低该活性离子的化学稳定性,可显著加速铝硫电池的电化学反应,从而提高铝硫电池充放电可逆性6.
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