富硫有机正极材料问世 为锂硫电池提供高容量

据外媒报道，北京航空航天大学的研究人员开发了一种线性分子富硫有机材料，可作为锂硫电池的硫正极。四甲基二硫代秋兰姆硫（TMTD-S）阴极材料在0.2摄氏度（1C＝1061mAh/g）下提供685mAh/g的初始容量，并且在200次循环后可以保持540mAh/g。此外，使用Koqin黑色导电剂和碳布集电器可以提高TMTD-S正极材料的导电性，可提供高达1054？初始容量为mAh/g。即使在0.5C和1.8mg/cm的高电流密度下？在高质量负载下100次循环后，它还能保持930吗？毫安时/克在过去的十年里，锂硫电池由于其高理论能量密度（2600wh/kg）而在全球范围内得到了广泛研究，并被认为是下一代储能系统。然而，由于可逆容量小、库仑效率低、循环寿命短等明显缺陷，硫正极在实际应用中存在局限性。众所周知，这是由硫正极中的固有缺陷引起的，通常称为多硫化物穿梭效应。因此，人们已经做出了很多努力来防止多硫化物的穿梭，例如在分离器中添加一个中间层，以容纳正极侧的多硫化物；将高极性材料引入正极，以吸收附近的多硫化物；设计纳米结构复合材料正极，对多硫化物进行物理限制；添加多功能电解质并利用正极电催化剂来加速多硫化物的沉积。尽管这些方法可以缓解多硫化物的穿梭效应，但这种效应的来源仍然存在，即多硫化物的溶解不可避免地导致容量损失。防止多硫化物穿梭的基本方法是控制多硫化物的溶解，避免使用八元元素硫作为活性物质。因此，非元素硫正极的开发可能会促进锂硫电池的实际应用。从硫正极的储能机理可以看出，锂化和脱锂过程的本质在于S-S键的离解和形成。这种键不仅存在于元素硫中，也存在于其他含硫化合物中。因此，含有S-S键的化合物可能成为潜在的阴极候选材料，如金属多硫化物、有机硫复合材料和有机多硫化物（二硫化物/三硫化物/四硫化物）。通过简单的加成反应，研究人员将硫添加到四甲基二硫代秋兰姆中，合成富含硫的有机线性分子四甲基二硫秋兰姆硫（TMTD-S）。TMTD-S具有RSnR的线性分子结构（R=C2H6N（S）），活性硫含量高达60wt%。这种TMTD-S阴极材料具有高硫含量、稳定的循环性能和高可逆容量。

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