[01616550]基于三维石墨烯的锂硫电池正极材料和器件研究

随着环境问题的日益严峻以及电子电动设备的迅猛发展,设计和开发高效的储能设备势在必行。锂硫电池因具有高能量密度、髙理论容量、硫资源丰富、价格低廉以及环境友好等特点,被认为是下一代最有前景的能量存储系统之一。然而,由于硫放电产物硫化锂充放电过程中的体积效应以及溶解等问题,致使硫正极利用率低、电池容量衰减快、循环性能差,严重阻碍了锂硫电池的商业化进程。 针对这些问题,我们设计并合成了一系列具有良好的导电性、高的比表面、以及丰富孔洞结构的三维石墨烯基复合材料,研究了材料的结构和性能;以三维石墨烯基复合材料为支撑体负载硫,制备出具有高活性和高循环稳定性的三维石墨烯基锂硫电池正极材料。其中,基于C@GO@MoS2@S正极材料、碳化巴沙木@S正极材料、碳化泥炭藓@CoNi2S4@S正极材料的锂硫电池的比容量分别达到了1450 mAh/g 、1120 mAh/g和1623 mAh/g ;基于C@GO@MoS2@S硫正极材料的锂硫电池循环后500次容量仍能保持600 mA g-1;同时我们还研究了三维石墨烯基复合材料的结构与其电化学性能间的构效关系,以C@GO@MoS2@S硫正极材料为例：介孔碳材料提供了合适的孔径（2-5nm）和大的比表面积（3000m2/g）,为硫的均匀沉积和负载提供了条件,石墨烯作为导电骨架可以改善硫正极不导电的问题,同时原位水热的方法生成的MoS2可以对多硫化锂产生有效的化学吸附作用,从而改善锂硫电池的循环性能。上述研究结果为石墨烯材料在锂硫电池中的应用打下了基础。 项目研究期间,发表期刊论文 22 篇,其中 SCI 论文 21 篇,影响因子＞10 的 论文 5 篇;申请中国发明专利 3 项。 陈永胜老师的项目“面向能源转化与存储的有机和碳纳米材料研究”获得了 2018 年中国自然科学奖二等奖。