厦门大学化学化工学院董全峰教授课题组：锂硫电池研究新进展

【成果简介】

董全峰教授课题组在锂硫电池研究中取得新进展，首次制备了非碳类介孔Co₄N微球作为硫复合电极基体材料，实现了高达95%的载硫量,并取得了优异的电化学性能。相关研究成果以“Co₄N nanosheets assembled mesoporous sphere as a matrix for ultrahigh sulfur content lithium-sulfur batteries”为题发表在ACS nano上。

【图文导读】

图1 锂硫电池充放电过程中Co₄N球及其与LiPSs的相互作用的示意图

图2 性能表征结果

（a,b）Co₃O₄的SEM图。

（c,d）Co₄N的SEM图，d插图中为Co₄N的HRTEM图。

【研究内容】

作为新一代高比能化学电源，锂硫电池受到持续的关注。课题组对这一体系开展了比较系统的工作，尤其是针对硫复合电极的功能化问题进行深入研究。前期研究中提出了硫复合电极基体材料的“多功能、双催化”的概念，对有效提高硫材料利用率、抑制中间产物的穿梭效应、改善反应过程的动力学发挥了重要指导作用（EES, 2016, 9, 1998-2004）；在锂硫电池的反应机理方面，结合原位拉曼研究，获得了硫材料反应过程最直接的证据，并结合理论计算，通过对载硫基体材料的修饰可将硫放电最终产物通过充电完全回复至其放电初始状态，实现了单质硫作为正极活性材料的完整充放电循环（Chem. Mater., 2015, 27, 2048−2055）。

然而，实现可超越现有锂离子电池的高比能锂硫电池的商业化应用，其硫复合电极的载硫量将是一个决定因素。现有硫复合电极的基体多采用碳基材料，其硫载量一般在70%左右。本研究的Co₄N基体材料对充放电过程中间多硫化物具有更强的亲和性、更快的吸附速度、更高的吸附量，是一种理想的硫复合电极基体材料。

该研究工作主要由厦门大学化学化工学院2014级博士生邓丁榕在董全峰教授和郑明森副教授的指导下完成，博士生薛飞、叶建川、白成栋和硕士生贾月菊参与了部分工作。研究工作得到了科技部重大基础研究计划（973计划，项目批准号：2015CB251102）、国家自然科学基金委（项目批准号：U1305246, 21321062）和中央高校基本科研业务费专项资金（项目批准号：20720150042）的资助。

原文链接：http://chem.xmu.edu.cn/show.asp?id=2186.

文献链接：Co₄N nanosheets assembled mesoporous sphere as a matrix for ultrahigh sulfur content lithium-sulfur batteries (ACS nano., 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b01945)

本文由材料人编辑部石小梅编辑，点我加入材料人编辑部。

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