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廣工大輕工化工學院科學成果分享廣工大輕工化工學院科學成果分享 近日,我校輕工化工學院林展教授團隊在鋰硫電池研究領(lǐng)域取得重要進展,題為“Integrating Conductivity, Immobility, and Catalytic Ability into High-N Carbon/Graphene Sheets as an Effective Sulfur Host”的研究成果發(fā)表在國際能源材料領(lǐng)域的權(quán)威期刊Adv. Mater.(IF=25.809,一區(qū)Top期刊)。林展教授團隊在論文中提出了導電性能/原位錨定/催化轉(zhuǎn)化多硫化物的重要性,為構(gòu)建高性能鋰硫電池硫正極提供了新思路。輕工化工學院林展教授/陳超副教授為論文通訊作者,研究生徐惠芳為論文第一作者,我校為論文唯一署名單位。 構(gòu)相對于鋰離子電池正極材料,硫電極不僅具有高的理論比容量(1675 mAh g-1),而且資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好,近年來得到廣泛關(guān)注。然而,硫和其放電產(chǎn)物硫化鋰(Li2S)較差的導電性、硫電極在充放電過程中可溶性多硫化鋰(LiPSs)的“穿梭效應”以及體積膨脹效應導致的電池容量的不可逆衰減和低的庫倫效率。近5年來發(fā)表的2000篇研究論文中(2014年8月8日-2019年8月8日),~90%的研究論文通常會在電解液中添加硝酸鋰(LiNO3),使其與金屬鋰負極反應,在鋰表面形成固態(tài)電解質(zhì)界面層,阻擋擴散至負極的LiPSs與金屬鋰反應并完成充放電過程。盡管如此,在電解液中添加LiNO3無法從根本上解決LiPSs的溶解-擴散問題。近年來,研究者發(fā)現(xiàn)在硫正極中加入具有催化能力的極性物質(zhì)可以促進LiPSs向Li2S的轉(zhuǎn)化,但這類物質(zhì)通常難以兼具高的導電性及好的LiPSs錨定能力。因此,如何設(shè)計多功能載體,有效解決上述問題并實現(xiàn)硫正極優(yōu)異的電化學性能,成為當前鋰硫電池領(lǐng)域的一個熱點研究問題。建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺不僅需要從技術(shù)上考慮可伸縮性、擴展性、維護性等要求,還需要從搭建系統(tǒng)平臺“成功”的標準考慮,因此項目主要難點在于: (1)需求變化:企業(yè)自身是動態(tài)發(fā)展的過程,隨著公司內(nèi)外部業(yè)務流程的變化,系統(tǒng)需求也會隨之變化,平臺的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)等多維度交織在一起,給系統(tǒng)設(shè)計、搭建、迭代帶來極大的挑戰(zhàn); (2) 運營維護:將原有線下的業(yè)務流程(Offline)遷移到線上(Online),給公司原有的業(yè)務流程帶來挑戰(zhàn),包括人員素質(zhì)要求、工作習慣、流程變化等,甚至是管理上阻力等,很有可能導致項目推行效果達不到預期; (3)商業(yè)模式:無論是從企業(yè)信息化、數(shù)字化,還是從第三方服務角度看,價值鏈重構(gòu)和商業(yè)模式是變化至關(guān)重要。 基于此,林展教授團隊設(shè)計了一種超高氮含量(17.1%)的石墨烯片(NC/G)復合材料作為硫正極載體,實驗結(jié)果和理論計算表明,該載體同時兼具了大孔體積、高導電性,且可以同步吸收轉(zhuǎn)化LiPSs,因此克服了鋰硫電池目前存在的諸多缺點,即使在電解液不添加LiNO3的情況下,高載量硫正極也可以實現(xiàn)優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。基于實驗和理論計算結(jié)果,該論文首次提出并證明優(yōu)異的硫正極載體材料須具備以下三個不可或缺的因素:(i)高的電導率,可以有效促進電荷轉(zhuǎn)移以實現(xiàn)硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化;(ii)載體與LiPSs之間有強的結(jié)合力,防止LiPSs溶解在電解液中,減緩LiPSs的穿梭效應;(iii)豐富的催化反應活性位點,促進LiPSs快速轉(zhuǎn)化為Li2S。這個工作對科研人員在未來研究中合理設(shè)計高效硫載體,實現(xiàn)鋰硫電池硫正極的實用潛能,具有非常重要的指導意義。 論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201906357 林展教授團隊主要從事新能源及催化新材料的設(shè)計開發(fā)及其應用基礎(chǔ)研究,包括鋰離子電池、鋰硫電池、新型電源、燃料電池以及光/電化學催化等領(lǐng)域。2019年,團隊在能源存儲與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域取得多項創(chuàng)新性科研成果,在國內(nèi)外知名期刊上共發(fā)表SCI學術(shù)論文18篇,其中包括11篇影響因子IF>10的論文(Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Catalysis等期刊),以及2篇化工領(lǐng)域頂級期刊(Chem. Eng. J., Ind. Eng. Chem. Res.)。 |