我院周成岡教授在鋰硫電池領(lǐng)域的研究成果發(fā)表于材料學(xué)科國際頂級期刊

時間：2015-07-09作者：admin瀏覽次數(shù)：

近日，我院周成岡教授課題組的學(xué)術(shù)論文"Enabling Prominent High-Rate and Cycle Performances in One Lithium–Sulfur Battery: Designing Permselective Gateways for Li⁺ Transportation in Holey-CNT/S Cathodes"作為封底成果發(fā)表在材料學(xué)科國際頂級期刊Advanced Materials上( Adv. Mater. 2015, 27, 3774.)。該期刊在全球材料學(xué)科T1分區(qū)的ESI排名第一，2015年影響因子為17.493。這也是我院首次在該期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文。

鋰硫電池體系因其高理論比能量，近年來成為了電化學(xué)儲能研究和工程領(lǐng)域的重大研究熱點。但是，由于充放電過程的中間產(chǎn)物長鏈多硫化鋰易溶于電解質(zhì)，導(dǎo)致所謂的"穿梭效應(yīng)"，嚴(yán)重影響電池的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。此外，實現(xiàn)高倍率充放電也十分困難。

周成岡教授課題組通過理論設(shè)計與實驗制備研究，獲得了一種性能優(yōu)異的硫正極材料。利用占活性物質(zhì)總質(zhì)量僅0.15wt%的氧化物來對“活化碳納米管/硫”材料進行選擇性修飾，使得正極材料的表面反應(yīng)通道不僅能夠能夠“半透性地”允許鋰離子高速嵌脫，而且可以有效地將易溶的充放電中間產(chǎn)物長鏈多硫化鋰限制于正極材料內(nèi)部，從而一舉解決了硫正極的高倍率充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在10C（電流密度16.75 A/g）的充放電條件下，該正極材料充放200次內(nèi)能夠穩(wěn)定地提供高達870 mAh/g的容量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的鈷酸鋰和磷酸亞鐵鋰正極材料，是目前相關(guān)報道中的世界一流水平。與同類工作相比，這種正極制備技術(shù)工藝簡單、適合規(guī)模化生產(chǎn)，是動力型鋰離子電池的一種極為可行的解決方案，可望廣泛應(yīng)用于無人機、電動汽車等領(lǐng)域。

此前，周成岡教授課題組還首創(chuàng)且成功地將生物材料DNA應(yīng)用于鋰硫電池正極材料的改性研究。通過對DNA分子的元素和結(jié)構(gòu)特征分析，預(yù)測極少量DNA分子即可有效抑制多硫化鋰的溶解，實現(xiàn)了添加0.83 wt%的DNA即可使硫正極經(jīng)200次充放電后仍保持初始容量的71%。該研究論文已于年初作為封面成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A期刊( J. Mater. Chem. A 2015, 3, 7241.)，并迅速被英國皇家學(xué)會官方新聞網(wǎng)站Chemistry World專題報道，稱該工作“builds a brand-new bridge between traditional materials and biological materials fields”。

上述兩篇論文的通訊作者均為周成岡教授，第一作者周吟和李琦旸是其指導(dǎo)的碩士研究生。相關(guān)研究已申請中國發(fā)明專利6項，并得到了湖北省自然科學(xué)基金重點和面上項目、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）“騰飛計劃”人才項目和“特色學(xué)科團隊”項目的資助。

參考文獻

1.	Zhou Y, Zhou C, Li Q, Yan C, Han B, Xia K, Gao Q, Wu J. "Enabling Prominent High-Rate and Cycle Performances in One Lithium–Sulfur Battery: Designing Permselective Gateways for Li ⁺ Transportation in Holey-CNT/S Cathodes". Advanced Materials* 2015, 27, 3774-3781.

2.	Li Q, Zhou C, Ji Z, Han B, Feng L, Wu J. "High-performance lithium/sulfur batteries by decorating CMK-3/S cathodes with DNA". Journal of Materials Chemistry A 2015, 3(14):7241-7247.

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