隨著各種環(huán)境和能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，汽車行業(yè)目前正經(jīng)歷著一場(chǎng)由燃油驅(qū)動(dòng)向電驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變的變革。在這一變革中，先進(jìn)電池技術(shù)的發(fā)展是更多更合理的利用可再生能源的關(guān)鍵。而且，大量電池的使用將不可避免的帶來另一個(gè)不可忽視的環(huán)境問題：即大量廢舊電池的回收處理。所以將電池材料的可持續(xù)發(fā)展納入到新一代電池的研究開發(fā)中是非常有必要的。
由于硫元素具有自然界豐度高，價(jià)格便宜，且鋰硫電池與傳統(tǒng)鋰離子電池相比具有很高的比容量和能量密度，使其非常有望成為下一代鋰離子電池正極材料。然而，鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用仍然受制于很多問題，
比如：
1、多硫化鋰的溶解穿梭問題，導(dǎo)致庫倫效率低和活性物質(zhì)不斷損失；
2、硫和硫元素較差的電子和離子導(dǎo)電性致使活性物質(zhì)利用率低；
3、硫在循環(huán)過程中存在較大的體積變化，使得電極材料完整性遭到破壞，電池容量快速衰減。
目前為了解決這些問題，其研究主要通過構(gòu)建先進(jìn)的復(fù)合電極材料。比如將硫嵌入到各種具有特定形貌的導(dǎo)電碳材料中。
這些碳材料包括空心碳、多孔碳、無序碳納米管，雙殼層中空碳球，球形有序介孔碳納米顆粒等。
毫無疑問，這些碳材料的使用極大的改善了鋰硫電池的比容量、循環(huán)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。
然而，這些具有特定形貌碳材料的制備通常需要復(fù)雜的過程，生產(chǎn)成本較高，不利于商業(yè)化發(fā)展。
但是，如果在電池壽命結(jié)束后，通過簡(jiǎn)單方法就能將這些有價(jià)值的碳材料回收并進(jìn)行二次利用，將極大的降低鋰硫電池的商業(yè)制造成本。
近日，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Liu?Gao團(tuán)隊(duì)將聚丙烯酸和聚乙烯亞胺通過羧基和氨基的離子相互作用制備了一種新型多功能交聯(lián)粘合劑（DICP），并成功應(yīng)用到鋰硫電池正極材料中。這一離子相互作用是pH敏感的，交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)在堿性水溶液中能夠快速溶解。電池失效后，電極材料中有價(jià)值的組分在水中就能夠快速分散，并通過簡(jiǎn)單水洗進(jìn)行回收并再次制備能夠穩(wěn)定循環(huán)的電極。
而且，通過原位X射線吸收光譜、原位紫外-可見光譜、X射線光電子能譜和密度泛函理論計(jì)算證明該粘合劑與商業(yè)化粘合劑相比能夠明顯抑制多硫化鋰的溶解穿梭問題，并提高鋰硫電池硫負(fù)載量和電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。該研究為新一代高性能電池的可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路和方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。
該工作以題為“Reversible CrosslinkedPolymer Binder for Recyclable Lithium Sulfur Batteries with High Performance”發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Advanced Functional Materials》上。第一作者為Zhimeng Liu（四川大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生）和Xin He?（伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博后），通訊作者為伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Gao Liu教授。四川大學(xué)雷景新教授和張軍華教授為共同作者。
圖文速遞
【總結(jié)】
作者通過環(huán)境友好的方法制備了一種新型可溶解的多功能交聯(lián)聚合物，并將其作為鋰硫電池粘合劑。
該交聯(lián)粘合劑在堿性水溶液中能夠完全溶解，有價(jià)值碳/硫復(fù)合材料通過簡(jiǎn)單水洗即可從循環(huán)后的電池中回收，全過程僅用水做溶劑，節(jié)能環(huán)保。
用回收碳/硫復(fù)合材料制備的鋰硫電極能夠表現(xiàn)出與原始鋰硫電極相匹配的電化學(xué)性能。
通過實(shí)驗(yàn)證明，該粘合劑通過分子鏈中各種極性官能團(tuán)與多硫化鋰的吸附相互作用，使其能夠更有效的抑制多硫化鋰在電解液中的溶解，從而提高鋰硫電池中硫的負(fù)載和電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。
本研究為大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供了一個(gè)新的思慮和方法，具有重要意義。
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