成果簡介
利用碳塗層材料抑制多硫化物的穿梭效應是鋰硫（Li-S）電池的一個重要課題。然而，碳材料的結構和它們的堆積方式是重要的因素，因為它們決定了未來層孔的數量和大小，從而決定了離子的滲透性。本文，青島大學鄭宗敏團隊等在《Energy Fuels》期刊發表名為“Interlinked Carbon Nanocages-Coated Separator as an Efficient Trap for Soluble Polysulfides in a Lithium–Sulfur Battery”的論文，研究提出互連碳奈米籠（IL-CNCs）作為鋰硫電池隔膜的塗層材料。全面分析了複合隔膜的表面形貌、孔結構、迴圈效能以及倍率效能。IL-CNCs塗層提供豐富的表面和介面來捕獲多硫化物以及長傳輸距離以防止多硫化物離子穿透膜。IL-CNCs 塗層的隔膜在不同倍率下表現出優異的電化學效能、1C下的長迴圈時間和高陰極負載。此外，僅0.025mgcm–2的 IL-CNCs 塗層在 0.2 C下迴圈100次後可以獲得747mAhg –1的可逆容量。
圖文導讀
圖1. IL-CNCs粉末和IL-CNCs/PP膜的製造過程示意圖。
圖2. (a) PP 和 (b 和 c) IL-CNCs/PP 的表面SEM影象，(d) IL-CNCs/PP的橫截面 SEM 影象， (e 和 f) IL-CNCs 的 TEM 影象.
圖3. (a) XRD 圖和 (b) N 2吸附-解吸等溫線，插圖為 IL-CNCs 的孔徑分佈。
圖4. (a) (b) PP、(c) SP 和 (d) IL-CNCs 電池在不同倍率下的比容量和充放電曲線。
圖5. (a) 不同隔膜的電池在0.2C下的迴圈效能，(b) PP、SP 和 IL-CNCs 電池在1C 倍率下的長時間迴圈效能，(c) IL-CNCs的迴圈在0.2C下具有3.7mgcm –2高S負載的電池。
圖6. (a) 用IL-CNC 和 SP 粉末處理0和3小時的多硫化物溶液的光學照片和 (b) 不同阻擋層對多硫化物的影響的示意圖。
文獻：
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c03319
鄭宗敏，講師，碩士生導師，青島大學卓越人才。
主要研究方向：
新型儲能動力電池與器件
學術成果：
專案:
1. 國家自然科學青年基金專案“多級結構氮摻雜碳基一體化空氣電極的可控制備及其可充鋅-空氣電池效能研究（21805146）”，2019.01-2021.12，27.1萬元，主持
2. 中國博士後基金面上專案（一等）“高能量鋰硫電池正極的多級結構和極性表面的一體化設計（2018M630751）”，2018.05-2019.12，8萬元，主持
3. 山東省自然科學博士基金專案“多級結構氮摻雜碳/硫複合電極的一體化設計及鋰硫電池效能研究（ZR201709240128）”，2018.03-2020.12，8萬元，主持
4. 國家自然科學青年基金專案“基於高彈多孔隔膜的呼吸型矽碳負極鋰電池的構築與效能最佳化（21805147）”，2019.01-2021.12，26萬元，參與
5. 國家自然科學青年基金專案“ZnIn2S4/石墨烯@TiO2奈米異質結複合材料的可控制備及其對金屬的光電化學陰極保護機制研究（51801109）”， 2019.01-2021.12，25萬元，參與
6. 國家自然科學青年基金專案“氮化鈦/氮摻雜石墨烯三維層次孔結構的可控制備及其有機體系鋰-空氣電池效能研究（51305146）”，2013.01-2015.12，25萬元，參與（已完成）
專利:
1. 鄭宗敏等，一種室溫下大面積製備自支撐高效能析氧電極的方法，中國，ZL201810337104.X
代表性論文：
1. J. Zhang1, Z. M. Zheng*1, G. L. Wu, et al., Hierarchical electrodes assembled by alternate NiCo hydroxide nanowires arrays and conductive interlayers with enhanced properties for electrochemical supercapacitors, Journal of Alloys and Compounds, 2019, 785, 725-731.
2. Z. M. Zheng, L. L. Lin, S. G. Mo, et al., Economizing production of diverse 2D layered metal hydroxides for efficient overall water splitting, Small, 2018, 14(24), 1800759.
3. Z. M. Zheng, H. C. Guo, F. Pei, et al., High sulfur loading in hierarchical porous carbon rods constructed by vertically oriented porous graphene-like nanosheets for Li-S batteries, Advanced Functional Materials, 2016, 26, 8952-8959.
4. Z. M. Zheng, X. Zhang, F. Pei, et al., Hierarchical porous carbon microrods composed of vertically aligned graphene-like nanosheets for Li-ion batteries，Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 19800-19806.
5. Z. M. Zheng, Y. L. Cheng, X. B. Yan*, et al., Enhanced electrochemical properties of graphene-wrapped ZnMn2O4 nanorods for lithium-ion batteries, Journal of Materials Chemistry A, 2014, 2, 149-154.
6. Z. M. Zheng, Y. Wang, A. Zhang, et al., Porous Li2FeSiO4/C nanocomposite as the cathode material of lithium-ion batteries, Journal of Power Sources, 2012, 198, 229-235.
7. 鄭宗敏，張鵬，閻興斌*. 鋰離子混合超級電容器電極材料研究進展, 科學通報, 2013, 58(31), 3115-3123.
聯絡方式：
電話：15615628670
E-mail: [email protected]
