浦项大学可在30分钟内合成锂硫电池正极材料

随着电动汽车和智能手机的普及，人们对高能量、长寿命、快充储能系统的需求也越来越大。然而，目前的锂离子电池技术无法满足这种需求，研究人员逐渐将目光转向下一代电池。据国外媒体报道，POSTECH的研究团队利用炼油过程中的废弃硫磺，可以在30分钟内成功合成锂硫电池的正极材料。

(来源:POSTECH)

该团队开发了一种创新的锂硫电池，具有高能量密度、机械灵活性和快速充电能力。这是首次用反硫化法合成富硫多级有序共聚物。快速反应时间小于30分钟，不使用表面活性剂或立体稳定剂。

与目前使用的高性过渡金属基正极材料不同，硫因其成本低、自然储量丰富、性低而备受关注。特别是锂硫电池，理论能量密度高(2600 wh·kg-1)，容量高(1672 mAh·g-1)，显示出作为下一代电池的潜力。而硫的导电性基本较低，阻碍了活性物质的充分利用，减缓了充放电循环。此外，这种材料还具有在电解液中溶解度高的缺点，从而缩短了电池的使用寿命。

为了克服这些限制，与传统的硫电极不同，研究团队没有采用熔融扩散工艺，而是通过反向硫化将硫和乙烯基膦酸(VPA)共聚，30分钟内就可以合成硫基聚合物颗粒。生成的硫颗粒由相分离的α-硫和基于低密度硫同素异形体的硫-VPA网络(SVPA)组成。

在短时间内形成尺寸均匀的分级有序颗粒的关键在于硫自由基和VPA之间的自催化反应。VPA所连接的长硫链在反应开始时形成，以在没有表面活性剂的情况下稳定SVPA的球形。有趣的是，研究表明，在SVPA颗粒表面会自发形成皱纹和毛孔，就像人的皮肤一样，这将有助于电解液渗透到正极，减少施加在电极表面的机械应力。

柔性锂硫电池测试图

通过这种方法，研究人员证实了在简单合成方法的基础上，可以在活性材料中引入多孔结构以促进电解质渗透，并通过在低体积膨胀的SVPA框架中嵌入硫同素异形体来提高电极的机械完整性。此外，研究人员通过活性材料表面存在的大量膦酸官能团有效阻止了多硫化锂的洗脱，从而实现了锂硫电池的优异性能。这种活性材料具有优异的弹性和作为交联聚合物的优点，显示了其作为柔性电极的潜力。

该研究的负责人Moon Jeong Park教授说:“在这项研究中，通过以低成本和环境友好的方式合成富含膦酸基团的抗硫化物聚合物，开发了一种柔性锂硫电池。这一发现意义重大，因为它可以化学捕获多硫化锂，从而解决洗脱问题，推动商业化的进展。”随着电动汽车和智能手机的普及，人们对高能量、长寿命、快充储能系统的需求也越来越大。然而，目前的锂离子电池技术无法满足这种需求，研究人员逐渐将目光转向下一代电池。据国外媒体报道，POSTECH的研究团队利用炼油过程中的废弃硫磺，可以在30分钟内成功合成锂硫电池的正极材料。

(来源:POSTECH)

该团队开发了一种创新的锂硫电池，具有高能量密度、机械灵活性和快速充电能力。这是首次用反硫化法合成富硫多级有序共聚物。快速反应时间少于30分钟，不使用表面活性剂或立体稳定剂……。

与目前使用的高性过渡金属基正极材料不同，硫因其成本低、自然储量丰富、性低而备受关注。特别是锂硫电池，理论能量密度高(2600 wh·kg-1)，容量高(1672 mAh·g-1)，显示出作为下一代电池的潜力。而硫的导电性基本较低，阻碍了活性物质的充分利用，减缓了充放电循环。此外，这种材料还具有在电解液中溶解度高的缺点，从而缩短了电池的使用寿命。

为了克服这些限制，与传统的硫电极不同，研究团队没有采用熔融扩散工艺，而是通过反向硫化将硫和乙烯基膦酸(VPA)共聚，30分钟内就可以合成硫基聚合物颗粒。生成的硫颗粒由相分离的α-硫和基于低密度硫同素异形体的硫-VPA网络(SVPA)组成。

在短时间内形成尺寸均匀的分级有序颗粒的关键在于硫自由基和VPA之间的自催化反应。VPA所连接的长硫链在反应开始时形成，以在没有表面活性剂的情况下稳定SVPA的球形。有趣的是，研究表明，在SVPA颗粒表面会自发形成皱纹和毛孔，就像人的皮肤一样，这将有助于电解液渗透到正极，减少施加在电极表面的机械应力。

柔性锂硫电池测试图

通过这种方法，研究人员证实了在简单合成方法的基础上，可以在活性材料中引入多孔结构以促进电解质渗透，并通过在低体积膨胀的SVPA框架中嵌入硫同素异形体来提高电极的机械完整性。此外，研究人员通过活性材料表面存在的大量膦酸官能团有效阻止了多硫化锂的洗脱，从而实现了锂硫电池的优异性能。这种活性材料具有优异的弹性和作为交联聚合物的优点，显示了其作为柔性电极的潜力。

该研究的负责人Moon Jeong Park教授说:“在这项研究中，通过以低成本和环境友好的方式合成富含膦酸基团的抗硫化物聚合物，开发了一种柔性锂硫电池。这一发现意义重大，因为它可以化学捕获多硫化锂，从而解决洗脱问题，推动商业化的进展。”

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