In situ wrapping of the cathode material in lithium-sulfur batte...

锂硫电池是一种极有潜力的下一代高密度储能设备，因为其成本低廉的硫正极具有高的理论比容量，达到了1672mAh/g。然而，锂硫电池在实际应用中存在一个固有的多硫化物穿梭效应问题，这严重限制了它们的应用。针对这一问题，许多研究聚焦于发展将硫材料封装在扩散阻挡层中的方法。但存在一个权衡问题，那就是预组装的封装层越完美，电解液渗透进入封装的硫正极内部的可能性就越小。 本文提出了一种原位封装方法，可在碳/硫复合颗粒上构建一个紧凑层，该层具有不完美的封装层。这种特殊的配置能够抑制穿梭效应，同时允许多硫化物在封装的复合颗粒内部扩散。因此，为锂硫电池封装的正极显著提高了库仑效率和循环寿命。重要的是，在1000个循环中，电池的容量衰减可以降低至每个循环0.03%的水平。这里所说的电池工作电流密度为1672mA/g。 为了实现这一目标，研究人员采用了几个重要的材料和方法。他们利用了碳材料作为基底来构建复合正极。碳材料具有良好的导电性和机械稳定性，可以为硫提供必要的物理和化学支撑。在碳基底上，硫以一种能够允许在颗粒内部发生化学反应的方式被封装，而又不会完全阻断电化学反应。 在实验中，研究人员在碳基底上原位地制备了封装层。他们选择了适当的前驱体，并通过化学或物理手段使其在硫颗粒周围形成一层薄的、连续的、具有高离子导电性和电子导电性的保护层。这层保护层能够有效地限制多硫化物的溶解和扩散到整个电池体系中，从而减少电池的容量衰减和延长电池的循环寿命。 此外，所提出的原位封装技术也能够改善电极与电解液之间的界面性质，从而提高了电池的充放电效率。这对于电池的快速充放电性能至关重要，因为这对于便携式电子产品和电动车辆等应用来说是一个关键指标。 值得注意的是，为了支持这些发现，研究团队详细描述了他们所使用的实验方法，包括材料制备、电池组装以及电化学性能的测试等。他们提供了大量的图表和数据来证明他们的封装技术在提高锂硫电池性能方面的有效性。这些数据包括循环伏安测试、电化学阻抗谱分析以及长期循环稳定性测试。 由于这一技术的创新性和实用性，这一研究对于锂硫电池领域的研究者和工程师来说具有很高的参考价值。它为解决锂硫电池中多硫化物穿梭问题提供了一条新的解决路径，有望推动锂硫电池朝着商业化应用迈出重要一步。同时，这项研究也展示了通过材料工程和纳米技术改善电池性能的潜力，为未来高能量密度电池技术的发展指明了方向。