雙碳雙活性物質(zhì)的新型鋰-硫（硒）電池體系打破鋰硫電池的固有缺陷

隨著時代的發(fā)展，新能源技術(shù)的不斷的在人們生活中的應(yīng)用，人們對儲能材料要求的越來越高。傳統(tǒng)的鋰離子電池由于電極材料較低的理論容量，難以滿足現(xiàn)代發(fā)展技術(shù)的要求。而被認為具有高能量電池體系之一的鋰硫電池具有相對超高的比能量，原料儲量豐富、價格低廉且對環(huán)境有好等特點，是當(dāng)前電化學(xué)儲能領(lǐng)域的重要研究熱點。

　　作為頗有潛力的鋰硫電池因硫?qū)щ娦苑浅２?#xff0c;不利于電池的高倍率性能，在充放電過程中產(chǎn)生的可溶性多硫化合物，導(dǎo)致“穿梭效應(yīng)”出現(xiàn)，降低了電池的循環(huán)壽命等缺點也成為阻礙持續(xù)推廣和應(yīng)用的絆腳石。

　　針對鋰硫電池固有的缺陷，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究提出了多種解決思路，并取得了一系列的創(chuàng)新性研究成果。研究中發(fā)現(xiàn)與硫同族的硒元素具有和硫類似的轉(zhuǎn)化反應(yīng)機理，且鋰硒電池的“穿梭效應(yīng)”可以明顯得到抑制。但鋰硒電池與鋰硫電池相比，容量較低，無法滿足高比能電池的要求。針對這一問題，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究又利用硫和硒的協(xié)同作用，彌補各自體系的“木桶短板”，設(shè)計開發(fā)了具有雙碳雙活性物質(zhì)的新型鋰-硫（硒）電池體系。

　　該體系以殼聚糖基衍生碳為基底，三維纏繞碳納米管構(gòu)成雙碳的活性物質(zhì)載體，可有效提高三維碳載體骨架的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；通過煅燒方式負載硫-硒復(fù)合物作為活性材料，獲得具有高容量、高循環(huán)穩(wěn)定性能的鋰硫（硒）電池正極材料。研究表明，在0.5 C（1 C=1340 mA·g-1）電流密度下，電池經(jīng)過500次循環(huán)后仍保持833.2 mAh·g-1的高比容量。此外，該工作還利用簡便有效的測試手段，探討此電池體系的充放電機理，得出了硫-硒復(fù)合物作為活性物質(zhì)的反應(yīng)機理為鋰硫和鋰硒電池基本反應(yīng)步驟的組合。

　　該研究為解決鋰硫電池的本征缺陷問題提供了新的參考思路，并為硫族元素在鋰金屬電池中的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果最近發(fā)表在國際著名期刊《化學(xué)工程》上。