近日，我院方晓亮教授课题组报道了一种基于钛氧纳米团簇的新型凝胶电解质并用其构建了高能量密度、高功率密度、性能稳定的锂硫电池。相关结果以“Titanium-oxo cluster reinforced gel polymer electrolyte enabling lithium-sulfur batteries with high gravimetric energy densities”为题发表在国际期刊Energy Environ. Sci., 2021, 14, 975-985上（IF=30.289）。
锂硫（Li-S）电池因其高理论能量密度（2600 Wh kg-1）受到了研究者们的广泛关注。近年来，Li-S电池硫正极和锂金属负极的性能得到显著地提升。然而，硫正极和锂金属负极的研究通常在低硫负载（< 5 mg cm-2）、高电解质/硫比（E/S）（> 10 μL mgs-1）和高正/负极容量比（N/P）（>1/10）条件下开展，开发的大部分策略仍然很难用于构建高能量密度的Li-S电池。
有鉴于此，方晓亮教授课题组和化学化工学院郑南峰教授课题组合作开发并宏量制备了聚乙二醇400修饰的Ti32O16团簇,将这种低聚物分子配位的金属氧团簇作为纳米填充材料与聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)（PVFH）共混制备出钛氧团簇基聚合物凝胶电解质。所得Ti32O16团簇尺寸均一、溶剂稳定性和分散性良好，在表面聚乙二醇配体与PVDF-HFP相互作用下，显著提升了聚合物凝胶电解质的成膜均匀性、机械性能和电化学稳定性，并能有效抑制锂枝晶的形成、降低高容量硫正极的穿梭效应。该凝胶聚合物电解质用于乙炔黑/硫正极（5 mgs cm-2）和锂金属负极配对制备的电池，可在贫电解液条件下稳定循环650次。所开发的高硫负载量的Li-S电池在低电解液/硫比（3 μL mgs-1）和低负/正极容量比（1:1）的条件下的能量密度高达423 Wh kg-1，并可持续循环100次。该研究为构建实用的高能量密度Li-S电池提供了新途径，同时也为金属氧团簇在Li-S电池中的应用研究提供了新思路。
我院2014级研究生(化学化工学院2017级博士生)裴非为文章第一作者，方晓亮教授为共同通讯作者。该研究工作得到了科技部和国家自然科学基金委的支持。中科院山西煤化所陈成猛研究员课题组在软包电池制备提供了大力协助，我院崔景芹高工在论文修改过程中提供了重要帮助。
论文连接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/EE/D0EE03005H#!divAbstract
发布：2021年03月19日 15:33
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