鋰-硫(Li-S)電池的案例
清華張強&北理工陳人杰、黃佳琦AEM綜述: 鋰硫電池功能性粘結劑綜述
【引言】
鋰-硫(Li-S)電池具有極高的理論比容量(1675 mAhg-1)，且硫含量豐富，價格低廉，被廣泛地認為是未來大規模儲能領域應用發展的方向。通常，Li-S電池中的正極主要包括四個組成部分：集流體，電化學活性硫材料，導電碳添加劑和聚合物粘結劑。聚合物粘結劑通常是惰性的，不導電的，并且通常以小劑量加入到電極中。然而，聚合物粘結劑在硫正極中起著不可或缺的作用，包括：1）確保活性硫顆粒與導電碳主體之間的緊密接觸; 2）提供強大的粘合力以將S/C活性材料結合到集流體上; 3）緩解充放電期間硫的體積變化并保持電極結構的完整性。尤其是在具有高面積硫負載量的情況下，聚合物粘結劑的作用對于維持正極的結構穩定性是至關重要的；4）由于元素硫和放電產物的絕緣性質，開發了聚合物粘結劑以促進硫正極中的Li離子傳輸和電子轉移；此外，對于Li-S電池中的穿梭效應，還可以引入能夠與多硫化物相互作用的功能性結合物，5）捕獲可溶性多硫化物，6）促進多硫化物的氧化還原反應動力學，7）最終調節可溶性多硫化物中間體的溶解和擴散。
近日，清華大學張強教授、北京理工大學陳人杰教授、黃佳琦研究員聯合東京大學 xiang rong教授（共同通訊作者）在Advanced Energy Materials上撰寫了題為“A Review of Functional Binders in Lithium–Sulfur Batteries”的綜述文章。該綜述著眼于聚合物粘合劑的功能和效果，系統地總結了最近在硫正極中的聚合物粘合劑研究方面的進展，根據粘合劑的主要功能對粘合劑進行了分類，包括機械性能，電/離子傳導率，多硫化物調節和其他特殊功能。此外，提出了功能性粘結劑的合理設計原則。最后，提出了高性能粘結劑設計的關鍵挑戰和前景。
展開 清華大學呂偉《AFM》三明治碳納米管層狀MXene復合氣凝膠，實現高硫負載的穩定鋰硫電池
【科研摘要】
在高硫負荷下實現長期循環穩定性是鋰硫（
Li–S）電池實際使用的基本要求。
最近
，
清華大學深圳國際研究生院
呂偉副研究員
團隊
通過單向冷凍干燥制備了由Ti
3
C
2
T
x
MXene/碳納米管（CNT）三明治組成的層狀氣凝膠，以提高高硫負荷電池的循環穩定性。由于獨特的平行排列結構，所生產的材料被表示為平行排列的MXene/CNT（PA-MXene/CNT）。
MXene/CNT/MXene夾層的薄片形成多個物理屏障，再加上MXenes的化學捕獲和催化活性，有效抑制了高硫負載下的多硫化鋰（LiPS）穿梭，更重要的是，大大提高了3D主機的LiPS
限制能力不含微孔和中孔。
組裝好的
Li–S電池可提供712 mAh g
-1
的高容量和7 mg cm
-2
的硫負荷，以及出色的循環穩定性，在0.5 C的800個循環中，每個循環的容量衰減為0.025％。在10
m
g cm
-2
的電導率下，經過300次循環后，可獲得6 mAh cm
-2
以上的高面積容量。
這項工作為合理設計高硫負荷主機提供了一個典型示例，這對于Li-S電池的實際使用至關重要
。相關論文以題為
Lamellar MXene Composite Aerogels with Sandwiched Carbon Nanotubes Enable Stable Lithium–Sulfur Batteries with a High Sulfur Loading
發表在《
A
dvanced Functional Materials
》上。
展開 蘇大《Adv Mater》：選擇性雙缺陷工程調控鋰硫電池性能！
(Li-S)電池是很有前途的下一代儲能候選電池，但它們也受到聚硫醚穿梭效應和氧化還原動力學緩慢等問題的困擾。
超長航時太陽能無人機關鍵技術綜述
圖26 太陽能電池單體效率[122]
Fig.26 Solar cell monomer efficiencies[122]
5.2 儲能電池技術
儲能電池重量一般占太陽能無人機全機重量的30%以上，是影響方案成敗的重要因素之一。歷史上，太陽能無人機上采用的儲能電池先后有銀鋅電池(Ag-Zn)、鎘鎳電池(Ni-Cd)、氫鎳(Ni-MH)電池、鋰離子電池(Li-ion)、鋰硫電池(Li-S)和燃料電池等[108]。常見儲能電池特性[123]如表2所示，鋰離子電池和鋰聚合物電池在太陽能無人機領域應用最為廣泛[124]。其中，鋰離子電池的優勢在于比能量高，工作電壓高(3.6 V以上)，循環使用壽命長，自放電小，且負極材料具有多元性的特點。“Sunrise”和“Sky Sailor”無人機搭載的鋰離子電池能量密度分別為145 W·h/kg和170 W·h/kg。鋰聚合物電池能量密度略大于鋰離子電池，且成型工藝更好，“Solong”無人機和“Solar Impulse”載人飛機分別搭載了5.6 kg和400 kg鋰聚合物電池，能量密度在180～240 W·h/kg之間。但對超長航時太陽能無人機來說，這樣的能量密度仍無法滿足不間斷巡航的要求，裝備這些電池的太陽能無人機都未實現高空跨晝夜飛行?！吨袊圃?025》中確定的目標是，中國生產鋰離子電池的能量密度2020年達到300 W·h/kg，2025年達到400 W·h/kg，2030年達到500 W·h/kg?？梢姡?em>鋰離子電池未來仍有廣泛應用于超長航時太陽能無人機的前景[125]。
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