【儀表網 研發快訊】近日，四川大學材料學院林紫鋒研究員、代春龍副研究員和我校物理學院胡琳鈺副研究員在新型高能量密度硫電池研究方面取得重要進展。相關研究成果以“High-voltage sulfur electrochemistry enabled by copper-ion mediation in non-aqueous batteries” 為題，發表于能源領域國際頂級期刊Joule。
傳統鋰硫電池因多硫化物溶解穿梭效應、電極反應動力學緩慢以及工作電壓偏低等問題，長期制約其實際應用。針對上述關鍵瓶頸，該研究從電荷載流子層面重新設計硫正極反應機制，實現了對傳統硫電池體系的根本性突破。研究發現，在有機電解液中以銅離子替代傳統堿金屬離子作為載流子，可誘導形成難溶且導電的銅硫化物中間產物，從而在本征上抑制多硫化物溶解穿梭，并顯著提升硫的氧化還原電位。該體系中硫正極的反應電位提升超過 1.2 V，在構建的鋰–硫混合全電池中實現了穩定的 3.3 V 放電平臺，創下目前硫基電池體系中的最高值。
得益于導電銅硫化物中間相的形成，該電池體系同時表現出優異的反應動力學和循環穩定性。所構建的鋰–硫混合全電池在保持高工作電壓的同時，實現了高達 980 Wh kg−1的能量密度，展現出良好的應用潛力。該工作還系統揭示了銅離子介導硫電化學反應的多步轉化機理，為后續硫基儲能體系的設計提供了重要理論依據。
圖1. 銅離子介導硫電池優勢
該論文通訊作者為四川大學材料學院林紫鋒研究員、代春龍副研究員和四川大學物理學院胡琳鈺副研究員，第一作者為四川大學材料學院碩士研究生丁鈺。四川大學為論文第一完成單位。
該研究工作得到國家自然科學基金、四川省自然科學基金和中央高校基本科研業務費專項資金資助。
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