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研究团队开发出新型锂硫电池充满电仅需12分钟且1000次循环后可保留82%的容量

盖世汽车 Elisha 2025-01-13 11:27:57

核心提示：该团队使用掺杂氮的多孔碳材料来解决充电速度慢的问题。

盖世汽车讯据外媒报道，韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）研究团队开发出创新技术，可以大幅提高锂硫电池的充电速度。该团队使用掺杂氮的多孔碳材料来解决充电速度慢的问题，该问题一直影响现有锂硫电池的商业化。

研究团队开发出新型锂硫电池充满电仅需12分钟且1000次循环后可保留82%的容量

（图片来源：pubs.acs.org）

对于电动汽车等环保技术来说，锂离子电池必不可少。尽管受到低储能容量和高成本限制，但由于其能量密度高和硫材料成本低，锂硫电池作为下一代电池备受关注。然而，由于在快速充电过程中硫利用率不足，这会降低电池容量，从而使商业化面临挑战性。另一个问题在于放电过程中产生的多硫化锂。这些化合物在电池内迁移，从而降低电池性能。为了解决这个问题，研究人员通过将硫加入多孔碳结构来开发电池，但尚未达到商业化性能水平。

为了解决这些挑战，韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）Jong-sung Yu教授团队合成新型掺杂氮的高度石墨化、多孔碳材料，并将其应用于锂硫电池阴极。即使在快速充电条件下，该技术也能够成功地保持高能量密度。这项研究发表在期刊《ACS Nano》上。

新开发的碳材料通过热还原方法合成，其中涉及镁和金属有机骨架ZIF-8。在高温条件下，镁与ZIF-8中的氮发生反应，从而使碳结构更加坚固稳定，同时创建多样化孔结构。这种结构不仅支持更高的硫负载，而且可以改善硫与电解质之间的接触，从而明显提高电池性能。

该研究开发的锂硫电池利用多功能碳材料（通过简单的镁辅助热还原法合成）作为硫主体。即使在快速充电条件（仅需12分钟即可充满电）下，该电池也可实现705 mAh g⁻¹的高容量，比传统电池提高1.6倍。此外，在碳表面掺杂氮可以有效抑制多硫化锂迁移，使电池经过1000次充放电循环后仍能保持82%的容量，从而表现出卓越的稳定性。

在研究过程中，该联合团队在阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）Khalil Amine博士的领导下进行了先进的微观分析。这些分析证明，在新开发碳材料的层状结构中，硫化锂（Li2S）以特定的方向形成。这一发现证实氮掺杂和多孔碳结构增强了硫负载，同时碳的石墨性质可以加速硫反应，从而提高充电速度。

Yu教授表示：“这项研究重点关注利用涉及镁的简单合成方法来提高锂硫电池的充电速度。我们希望该研究能够加速锂硫电池商业化。”