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全南大學(xué)/漢陽大學(xué)Adv. Sci.: 共價固定硫聚丙烯腈復(fù)合材料作為金屬硫電池先進(jìn)正極的多尺度理解

金屬硫電池 (MSB) 由于其高比容量而成為下一代儲能系統(tǒng)有希望的候選者。與硫基電極相比，SPAN 被證明具有獨(dú)特的特性，例如高硫利用率和更低的LiPS溶解度。

然而，由于SPAN結(jié)構(gòu)中的硫負(fù)載量低、化學(xué)結(jié)構(gòu)存在爭議以及反應(yīng)機(jī)制不確定，基于SPAN的電池的循環(huán)壽命和能量密度較差。

在此，韓國全南大學(xué)Jaekook Kim, Jang-Yeon Hwang以及漢陽大學(xué)Yang-Kook Sun等人回顧并總結(jié)了SPAN電極的最新應(yīng)用，同時強(qiáng)烈強(qiáng)調(diào)了對其電化學(xué)機(jī)制的研究和先進(jìn)化合物的設(shè)計是實現(xiàn)實際應(yīng)用的基礎(chǔ)，應(yīng)該深入嘗試?yán)碚撚嬎愫蛯嶒灧椒ǖ膮f(xié)同組合。

納米尺度的原位/非原位表征對于全面了解在循環(huán)過程中反應(yīng)機(jī)制是必不可少的，化學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及化學(xué)鍵合性質(zhì)的優(yōu)化以及SPAN主鏈整體硫的利用研究也是必要的。

圖1. SPAN復(fù)合材料的合成示意圖及電化學(xué)性能

作者認(rèn)為，包含新的官能團(tuán)和粘結(jié)劑添加劑保持電接觸以及通過新的3D結(jié)構(gòu)設(shè)計提高電化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)是發(fā)展具有高容量和實際能量密度SPAN電極的方向。

在此，作者將SPAN電極研究面臨的挑戰(zhàn)和前景總結(jié)如下：

1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

2）增加SPAN結(jié)構(gòu)中的硫負(fù)載；

3）加強(qiáng)反應(yīng)機(jī)理的研究；

4）適用電解質(zhì)研究；

5）高性能負(fù)極材料（如無枝晶）的開發(fā)等。

圖2. SPAN電極的合成途徑及其在金屬硫電池中的應(yīng)用

Multiscale Understanding of Covalently Fixed Sulfur-Polyacrylonitrile Composite as Advanced Cathode for Metal-Sulfur Batteries, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202101123

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