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研究人员采用离子液体电解质添加剂,延长Li/S电池循环寿命

据外媒报道,瑞典查尔默斯理工大学(Chalmers University of Technology)和韩国庆尚国立大学(Gyeongsang National University)的研究人员,使用离子液体Py1,4TFSI作为电解质添加剂,以延长锂硫电池的循环寿命。

在电解质中加入离子液体,通过调节浓度,能够增强固体电解质界面(SEI)的稳定性,降低可燃性,提高电池的安全性。使用基于离子液体的电解质,高硫载量(4 mg/cm?)锂硫电池表现出600mAh/g的稳定容量,其循环周期是使用LiNO3添加剂电池的两倍(300:150)。

锂硫电池由于高能量密度受到人们青睐,同时,其材料具有低毒、丰富和低成本的特点。锂硫电池以转换反应为基础,由含硫正极和锂金属负极组成,其反应机制包括一系列多硫化锂的形成(Li2SX, 3≤X≤8)。这些多硫化物,特别是长链多硫化物,可以溶解在普通的电解质中,并有可能在穿梭过程中迁移到锂电极上,或从锂电极上迁移出去。在“穿梭”过程中,多硫化物在电极上不断被还原和氧化,而不增加容量。这种穿梭机制会引起许多问题,包括活性物质的损失、寄生反应以及锂金属负极上绝缘界面的形成。

为了克服这些问题,需要使用添加剂改变电解质性质,这些添加剂通过形成稳定的固体电解质界面,防止穿梭过程产生。最常见的添加剂是LiNO3,然而在循环过程中,LiNO3不断被消耗,成为牺牲品。使用离子液体添加剂,可以显著降低穿梭反应,提高库仑效率。同时,提高电解质的热稳定性,降低可燃性。另外,Py1,4TFSI能够促进固体电解质聚合界面的形成,而不是无机界面,有助于减少硫沉积,提高锂硫电池寿命。

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