让锂硫电池容量提升一倍的新型阴极

据外媒报道，英国曼彻斯特大学（UniversityofManchester）的一个研究团队研发了一种掺杂石墨烯的电池阴极，以实现高度稳定的锂硫电池。研究人员在论文中表示，采用该阴极材料制成的锂硫电池容量提升了一倍，而且在0.5C、1C、2C和3C的充电倍率下充电时，可以经受住500次的充放电循环。

该阴极结合了激光合成的硫（S）和掺杂了氮（N）的石墨烯电极（没有粘合剂）以及载有钼硫化物（MoS2）的纳米颗粒。

掺杂氮硫的多孔石墨烯结构通过产生二氧化硫增强了界面的吸附能力，而二氧化硫能够通过促进含氧官能团与硫进行化学结合，以抑制多硫化物向电解质扩散。

低电解质电阻、低相间接触电阻和低电荷转移电阻加速了电子和锂离子在掺杂了激光诱导氮硫的石墨烯中的传输。

理论上说，锂硫电池的比容量很高，可达1675mAh/g，而且能量密度也较高，可达2600Wh/kg，是未来电池的一个潜在选择。尽管实际锂硫电池的能量密度只有550至660Wh/kg，是理论上能量密度的20%，不过此种水平的能量密度已经在用LiCoO2阴极制成的锂硫电池中实现了。所以，要达到更高水平的容量和能量密度是锂硫电池面临的主要挑战之一，而循环稳定性低也阻碍了锂硫电池得到实际应用。可溶性多硫化锂是硫阴极电化学反应中造成穿梭效应的关键因素，会导致锂硫电池循环稳定性低。

因此，科学家们采用了一种脉冲UV（紫外激光）直写技术，形成了载有多个纳米颗粒（如银、铂、硅和硫化钼）的掺杂硫和氮的石墨烯电极，其中硫化钼由一种含有特殊配方的有机油墨与多种微粒制成。该工艺为一步成型工艺，不需要粘结剂，以形成锂硫电池阴极集流器。该工艺可以让锂硫电池经受长期的充放电循环，而且几乎不会降低其蓄电量。