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近日,北京理工大学化学与化工学院王振华教授和孙克宁教授团队在构建高性能锂硫电池方面取得重要进展,相关研究成果发表于国际顶级期刊Advanced Materials (影响因子30.849),题目为《Catalytic Mechanism of Oxygen Vacancies in Perovskite Oxides for Lithium-Sulfur Batteries》。化学与化工学院博士研究生侯文烁为论文第一作者,王振华教授,孙克宁教授以及悉尼科技大学的汪国秀教授为通讯作者。

锂硫(Li-S)电池具有较高的理论比能量(2600 Wh kg-1),被认为是新一代二次电池的发展方向。但目前还存在一些问题限制了锂硫电池的技术发展,如活性物质硫和放电产物硫化锂的绝缘性;充放电过程中产生可溶性中间产物多硫化锂(LiPSs)造成的穿梭效应;LiPSs转化反应动力学缓慢导致的活性物质利用率低,电池容量迅速下降等问题。为了解决上述问题,需要从根本上抑制LiPSs的穿梭效应,提高LiPSs的转化反应动力学。2020年,该团队提出原位析出法制备了钙钛矿与纳米金属的异质结构(STO@Co),通过吸附-催化协同作用有效抑制了多硫穿梭效应并促进了LiPSs的转化,相关成果发表在顶级期刊Chem. Eng. J. (2020, 409:128079)。

在國家自然科學基金委的支持下,我校化學與化工學院王振華教授和孫克甯教授團隊在前期的研究基礎上,基于缺陷化學理論,選擇具有吸附性能和電化學穩定性的钛酸锶基鈣钛礦氧化物作爲基底材料,對钛酸锶基鈣钛礦氧化物Sr0.9Ti1-xMnxO3-δ (STMnx) (x="0.1-0.3)进行了氧空位浓度的调控,改善其吸附-催化性能,实现了高性能锂硫电池。以具有较高氧空位浓度的STMn0.3作为正极载体的锂硫电池,在2C下进行1500次循环后仍可提供780 mAh g-1的高初始比容量和0.032%的低衰減率。這種氧空位的定量調控策略對缺陷材料的設計與調控具有啓發意義,可在锂硫電池及相關儲能與轉換系統領域推廣應用。

鈣钛礦氧化物STO3與STMnx (x="0.1-0.3)的電池性能圖

上述研究工作得到了國家自然科學基金項目以及化學電源與綠色催化北京市重點實驗室的支持。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202202222


附作者簡介:

王振華,北京理工大學化學與化工學院黨委書記,長聘教授,博士生導師,現任化學電源與綠色催化北京市重點實驗室副主任,中國顆粒學會青年理事。長期從事新型電池材料的分子結構設計與界面調控、電子/離子在界面和體相的傳遞規律、能源材料的可控制備及構效關系等方面的研究,開發材料的規模化制備技術,研制高比能儲能器件及高效能量轉化裝置。發表SCI論文100余篇,曾獲國家技術發明二等獎(第二完成人)和教育部科技進步一等獎(第二完成人)。

孙克宁,北京理工大学特聘教授,博士生导师,教育部长江学者特聘教授、教育部创新团队带头人,化学电源与绿色催化北京市重点实验室主任。获国务院特殊津贴,曾入选国家级人才项目。主要从事电化学、新能源材料领域的交叉研究,在能源的存储与转化领域取得了一系列成果。牵头获得国家级奖励3项,省部级奖励8项。在Nature Commun, Adv Mater, Adv Energy Mater.等国际学术期刊发表论文340余篇,他引近6000次,主编学术著作2部,教材1部,获得国家发明专利授权40项。


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