硫正極表面形成的正極-電解質(zhì)界面(CEI)對鋰-硫電池能否通過固相轉(zhuǎn)化反應(yīng)發(fā)揮作用起著至關(guān)重要的作用，它能有效地阻礙多硫化物的溶解。然而，對于Li-S電池CEI的演變和失效機(jī)理，目前還缺乏系統(tǒng)的研究。華中科技大學(xué)李真教授、黃云輝教授等人研究表明，形成的CEI的完整性與硫的含量和電解質(zhì)的用量密切相關(guān)。當(dāng)還原產(chǎn)物(Li2S/Li2S2)的體積超過碳宿主的最大體積時，已形成的CEI無法承受重復(fù)的鋰化/脫鋰過程中體積變化。CEI的反復(fù)斷裂和修復(fù)將不斷消耗電解質(zhì)和活性物質(zhì)。因此，為了獲得較長的循環(huán)穩(wěn)定性，硫的含量應(yīng)與宿主的內(nèi)部空間相匹配。實(shí)驗(yàn)證明，在適當(dāng)?shù)牧蚝肯?，形成的CEI在循環(huán)過程中保持完整，在固-固轉(zhuǎn)換機(jī)制下具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在1 C下，組裝的全電池的初始可逆放電容量可達(dá)819 mAh g-1，在2000次循環(huán)后仍保持445 mAh g-1，每圈循環(huán)的衰減率為0.03%。相關(guān)工作以《Insight into the Fading Mechanism of the Solid-Conversion Sulfur Cathodes and Designing Long Cycle Lithium–Sulfur Batteries》為題在《Advanced Energy Materials》上發(fā)表論文。
黃云輝，華中科技大學(xué)教授、博導(dǎo)，校學(xué)術(shù)委員會副主任，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，國務(wù)院政府特殊津貼獲得者。分別于1988、1991和2000年在北京大學(xué)獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位，師從高小霞先生和徐光憲先生從事電分析化學(xué)和稀土無機(jī)化學(xué)研究；2002年任復(fù)旦大學(xué)副教授，期間在日本東京工業(yè)大學(xué)作為JSPS研究員開展磁電阻功能材料方面的合作研究，2004-2007年在美國得州大學(xué)奧斯汀分校師從John B. Goodenough教授（2019年諾貝爾化學(xué)獎得主）從事鋰離子電池和固態(tài)氧化物燃料電池研究。2008年回國到華中科技大學(xué)工作，創(chuàng)建了動力與儲能電池實(shí)驗(yàn)室，2010-2017年任材料科學(xué)與工程學(xué)院院長和學(xué)術(shù)委員會主任。主要研究領(lǐng)域包括鋰離子動力與儲能電池、下一代鋰硫和鋰-空氣電池、鈉離子電池、固體氧化物燃料電池，在Science、Chem. Soc. Rev.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.等學(xué)術(shù)期刊上，發(fā)表學(xué)術(shù)論文累計(jì)400余篇，其中ESI高被引論文54篇、熱點(diǎn)論文10篇，2篇論文入選年度“中國百篇最具影響力的國際論文”，引用2.5萬余次，為科睿唯安材料領(lǐng)域全球高被引科學(xué)家和愛思唯爾中國高被引學(xué)者，授權(quán)或公開專利30余件。鋰離子電池正極材料、快充技術(shù)、電池健康狀態(tài)超聲檢測技術(shù)等成果已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。2012年獲中國僑界貢獻(xiàn)獎（創(chuàng)新人才），2015年獲教育部自然科學(xué)一等獎、2016年獲國家自然科學(xué)二等獎。Insight into the Fading Mechanism of the Solid-Conversion Sulfur Cathodes and Designing Long Cycle Lithium–Sulfur Batteries，Advanced Energy Materials，2021.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202102774
鋰-硫電池的理論能量密度高達(dá)2600 Wh kg-1，是極具應(yīng)用前景的下一代儲能設(shè)備。然而，正極的硫氧化還原反應(yīng)具有復(fù)雜的均相和非均相電化學(xué)過程，反應(yīng)動力學(xué)緩慢，需要使用高效的電催化劑。清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)李博權(quán)助理教授等人設(shè)計(jì)了一種半固定化分子電催化劑，以適應(yīng)鋰-硫電池中硫氧化還原反應(yīng)的特性。具體來說，卟啉活性位點(diǎn)被共價(jià)接枝到導(dǎo)電、柔性的聚吡咯官能團(tuán)上，并集成于石墨烯集流體上。一方面，導(dǎo)電聚吡咯將卟啉活性位點(diǎn)整合在導(dǎo)電基底內(nèi)，可用于多相電催化；另一方面，聚吡咯將卟啉活性位點(diǎn)的電催化功能從二維導(dǎo)電表面擴(kuò)展到三維體相電解質(zhì)，用于均相電催化。因此，所設(shè)計(jì)的電催化劑增強(qiáng)了硫氧化還原動力學(xué)，通過增加了Li2S沉積尺寸以優(yōu)化相變過程。相關(guān)工作以《Semi-Immobilized Molecular Electrocatalysts for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries》為題在《Journal of the American Chemical Society》上發(fā)表論文。
張強(qiáng)，清華大學(xué)長聘教授、博士生導(dǎo)師。曾獲得國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、教育部青年科學(xué)獎、中國青年科技獎、北京青年五四獎?wù)?、英國皇家學(xué)會Newton Advanced Fellowship、清華大學(xué)劉冰獎、國際電化學(xué)會議Tian Zhaowu獎。2017-2020年連續(xù)四年被評為“全球高被引科學(xué)家”。長期從事能源化學(xué)與能源材料的研究。近年來，致力于將國家重大需求與基礎(chǔ)研究相結(jié)合，面向能源存儲和利用的重大需求，重點(diǎn)研究鋰硫電池的原理和關(guān)鍵能源材料。提出了鋰硫電池中的鋰鍵化學(xué)、離子溶劑復(fù)合結(jié)構(gòu)概念，并根據(jù)高能電池需求，研制出復(fù)合金屬鋰負(fù)極、碳硫復(fù)合正極等多種高性能能源材料，構(gòu)筑了鋰硫軟包電池器件。這在儲能相關(guān)領(lǐng)域得到應(yīng)用，取得了顯著的成效。Semi-Immobilized Molecular Electrocatalysts for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries，Journal of the American Chemical Society，2021.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c09107
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